(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードガス供給マニホールドおよびカソードガス排出マニホールドが一方のエンドプレートに形成された燃料電池に接続される燃料電池用配管ユニットであって、
前記燃料電池にカソードガスを供給するためのカソードガス供給通路部と、
前記燃料電池からカソード排ガスを排出させるためのカソードガス排出通路部と、
を備え、
前記カソードガス供給通路部は、カソードガスの流れを制御するためのカソード供給側バルブと、前記カソード供給側バルブの入口に接続された上流側カソードガス配管と、前記カソード供給側バルブの出口に接続され、前記カソードガス供給マニホールドと接続する下流側カソードガス配管と、を備え、
前記カソードガス排出通路部は、カソード排ガスの流れを制御するためのカソード排出側バルブと、前記カソード排出側バルブの入口に接続され、前記カソードガス排出マニホールドと接続する上流側カソード排ガス配管と、前記カソード排出側バルブの出口に接続される下流側カソード排ガス配管と、を備え、
前記カソードガス供給通路部と前記カソードガス排出通路部とは、互いを接合する接合部位を有しており、
前記カソード供給側バルブは、前記下流側カソードガス配管を介して、前記エンドプレートに固定されており、
前記カソード供給側ガス通路部は、前記上流側カソードガス配管と前記下流側カソード排ガス配管とを接続し、カソードガスの一部を前記下流側カソード排ガス配管にバイパスさせるためのカソードバイパス配管と、前記カソードバイパス配管におけるカソードガスの流れを制御するためのバイパス配管用バルブと、を備え、
前記カソードガス供給通路部と前記カソードガス排出通路部とは、前記接合部位としての前記カソードバイパス配管によって、前記燃料電池に一体的に取り付け可能に連結されている、燃料電池用配管ユニット。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用配管ユニットであって、
前記カソード供給側バルブは、前記エンドプレートの面内に配置されるとともに、前記カソード排出側バルブより重力方向上側に配置され、
前記上流側カソードガス配管は、前記エンドプレートの外表面に沿って延びて、前記カソード供給側バルブに接続され、
前記下流側カソード排ガス配管は、前記上流側カソードガス配管より前記エンドプレートから離れた、前記上流側カソードガス配管より重力方向下側の位置において、前記上流側カソードガス配管と並列に延びて、前記カソード排出側バルブに接続されている、燃料電池用配管ユニット。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池用配管ユニットであって、
前記上流側カソード排ガス配管は、前記カソード排出側バルブから、重力方向上側に向かって、前記カソード供給側バルブを跨いで延びることにより、前記カソードガス排出マニホールドに接続される、燃料電池用配管ユニット。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池用配管ユニットであって、さらに、
前記燃料電池からアノード排ガスを排出させるためのアノードガス排出通路部を備え、
前記アノードガス排出通路部は、
前記エンドプレートに設けられたアノードガス排出マニホールドに接続し、アノード排ガスから水分を分離する気液分離構造を有するアノード排ガス配管と、
前記気液分離構造によって分離された気体成分を誘導する分離ガス配管と、
前記気液分離構造によって分離された水分を誘導して排出するための分離排水配管と、
を備え、
前記分離排水配管は、底面が、前記下流側カソード排ガス配管の底面より重力方向上側となるように設けられており、
前記アノードガス排出通路部は、前記エンドプレートと、前記下流側カソード排ガス配管との間に配置されており、前記分離排水配管が前記下流側カソード排ガス配管に重力方向上側から傾斜して接続することにより、前記カソードガス排出通路部と一体化されている、燃料電池用配管ユニット。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池用配管ユニットであって、
前記下流側カソード排ガス配管は、第１の接続部において、前記カソード排出側バルブと接続され、第２の接続部において、前記分離排水配管と接続されており、
前記カソードバイパス配管は、前記第１または第２の接続部に向かって開口するように、前記下流側カソード排ガス配管に傾斜して接続されている、燃料電池用配管ユニット。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池用配管ユニットであって、
前記上流側カソード排ガス配管は、前記カソードガス排出マニホールドとの接続部位から重力方向上側に傾斜する第１のガス配管部と、前記第１のガス配管部から重力方向下側へと延びる第２のガス配管部とを有する、燃料電池用配管ユニット。
【請求項７】
請求項３ないし請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池用配管ユニットであって、
前記カソードバイパス配管は、前記上流側カソードガス配管から前記エンドプレートとは反対の方向へと延びる上流側配管部と、前記上流側配管部から屈曲して、重力方向下側の前記下流側カソード排ガス配管へと延びる下流側配管部とを有し、
前記バイパス配管用バルブは、前記下流側配管部の内部に設けられており、前記下流側配管部の配管方向に沿って移動する弁体と、重力方向下側において前記弁体を受け止める弁座とを備える、燃料電池用配管ユニット。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の燃料電池用配管ユニットであって、
前記カソード供給側バルブは、入口が前記エンドプレートの外表面に沿った方向に開口するとともに、出口が前記エンドプレートの外表面に向かって開口するように配置されており、
前記下流側カソードガス配管は、前記カソード供給側バルブの出口の外周を囲むとともに、カソードガスのための前記カソードガス供給マニホールドを覆うように前記エンドプレートの外表面に沿った方向に広がる通路外壁を有し、
前記通路外壁は、前記エンドプレートに取り付けられたときに、前記通路外壁の内壁面と前記エンドプレートの外表面との間に、前記カソード供給側バルブの出口と前記カソードガス供給マニホールドとを連結する気密な空間を形成し、前記エンドプレートの外表面をカソードガスを誘導するための誘導壁面として利用する、燃料電池用配管ユニット。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８記載のいずれか一項に燃料電池用配管ユニットであって、
前記カソード供給側バルブは、弁体が前記入口の開口方向に沿って移動することによって開閉するポペット式バルブであり、
前記上流側カソードガス配管は、断面形状が上流端から下流端にかけて一定である、燃料電池用配管ユニット。
【請求項１０】
燃料電池ユニットであって、
カソードガス供給マニホールドおよびカソードガス排出マニホールドが一方のエンドプレートに形成された燃料電池と、
前記燃料電池に接続される請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の燃料電池用配管ユニットと、
前記燃料電池と前記燃料電池用配管ユニットとを収容する筐体と、
を備え、
前記筐体には、前記燃料電池用配管ユニットの前記下流側カソード排ガス配管と、前記燃料電池の前記エンドプレートとの間に隔壁が設けられている、燃料電池ユニット。
【請求項１１】
カソードガス供給マニホールドおよびカソードガス排出マニホールドが一方のエンドプレートに形成された燃料電池と、
前記燃料電池に接続される請求項７に記載の燃料電池用配管ユニットと、
前記燃料電池用配管ユニットの前記カソード排出側バルブおよび前記バイパス配管用バルブの開閉を制御することにより、前記燃料電池に供給されるカソードガスの流量を制御する制御部と、
前記バイパス配管用バルブの開固着を検出する開固着検出部と、
を備え、
前記制御部は、前記開固着検出部が前記バイパス配管用バルブの開固着を検出した場合には、前記カソード排出側バルブを閉側に制御して、前記バイパス配管用バルブに流入するガス量を増大させることにより、前記弁体に加わる外力を増大させる、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池用配管ユニットおよびそれを備えた燃料電池ユニット、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは一般に、燃料電池と、燃料電池に接続される反応ガスのための配管やポンプ・バルブ等の補機類により構成され、車両などの限られたスペースに搭載される。これまで、燃料電池システムの搭載性を向上させるために、システムの一部または全部を燃料電池と一体的に構成（いわゆるユニット化）して小型化する技術が提案されてきた（特許文献１等）。【０００３】
ところで、燃料電池システムの一部をユニット化して、燃料電池システムの搭載性を向上させる場合には、ユニット化された配管や補機類の燃料電池への取付性が向上されていることが望ましい。また、燃料電池システムの一部がユニット化された場合であっても、燃料電池に対する反応ガスの供給効率や、燃料電池からの排水の排出効率の低下が抑制され、燃料電池システムのシステム効率の低下が抑制されていることが望ましい。さらに、燃料電池システムの一部がユニット化され、燃料電池と配管・補機類の配置が集中化した場合であっても、配管・補機類の損傷に起因する被害が燃料電池へと波及することが抑制されることが望ましい。しかし、これまで、こうした要求に対して十分な工夫がなされてこなかったのが実情であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０７９７９号公報
【特許文献２】特開２００８−１８１７８３号公報
【特許文献３】特開２００６−２２１９１５号公報
【特許文献４】特開２００８−０２１４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、燃料電池システムの一部をユニット化する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。【０００７】
［適用例１］
カソードガス供給マニホールドおよびカソードガス排出マニホールドが一方のエンドプレートに形成された燃料電池に接続される燃料電池用配管ユニットであって、前記燃料電池にカソードガスを供給するためのカソードガス供給通路部と、前記燃料電池からカソード排ガスを排出させるためのカソードガス排出通路部と、を備え、前記カソードガス供給通路部は、カソードガスの流れを制御するためのカソード供給側バルブと、前記カソード供給側バルブの入口に接続された上流側カソードガス配管と、前記カソード供給側バルブの出口に接続され、前記カソードガス供給マニホールドと接続する下流側カソードガス配管と、を備え、前記カソードガス排出通路部は、カソード排ガスの流れを制御するためのカソード排出側バルブと、前記カソード排出側バルブの入口に接続され、前記カソードガス排出マニホールドと接続する上流側カソード排ガス配管と、前記カソード排出側バルブの出口に接続される下流側カソード排ガス配管と、を備え、前記カソードガス供給通路部と前記カソードガス排出通路部とは、互いを接合する接合部位を有することにより、前記燃料電池に一体的に取り付けられる、燃料電池用配管ユニット。
この燃料電池用配管ユニットによれば、カソードガスを供給するための配管やバルブとともに、カソード排ガスの排出のための配管やバルブが一体化されているため、それらを一体的に燃料電池に取り付けることができる。即ち、カソードガスのための配管やバルブのユニット化により、燃料電池に対する配管類の取付性が向上されている。また、この燃料電池用配管ユニットを用いることにより、燃料電池システムの小型化が可能である。【０００８】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池用配管ユニットであって、前記カソード供給側ガス通路部は、前記上流側カソードガス配管と前記下流側カソード排ガス配管とを接続し、カソードガスの一部を前記下流側カソード排ガス配管にバイパスさせるためのカソードバイパス配管と、前記カソードバイパス配管におけるカソードガスの流れを制御するためのバイパス配管用バルブと、を備え、前記カソードガス供給通路部と前記カソードガス排出通路部とは、前記接合部位としての前記カソードバイパス配管を介して一体的に接合さている、燃料電池用配管ユニット。
この燃料電池用配管ユニットによれば、カソードバイパス配管を有することにより、燃料電池に供給されるカソードガスの制御性が向上している。また、このカソードバイパス配管を接合部位として、カソードガス供給通路部とカソードガス排出通路部とが一体化されているため、配管類のより効率的なユニット化が可能である。【０００９】
［適用例３］
適用例２記載の燃料電池用配管ユニットであって、前記カソード供給側バルブは、前記エンドプレートの面内に配置されるとともに、前記カソード排出側バルブより重力方向上側に配置され、前記上流側カソードガス配管は、前記エンドプレートの外表面に沿って延びて、前記カソード供給側バルブに接続され、前記下流側カソード排ガス配管は、前記上流側カソードガス配管より前記エンドプレートから離れた、前記上流側カソードガス配管より重力方向下側の位置において、前記上流側カソードガス配管と並列に延びて、前記カソード排出側バルブに接続され、前記上流側カソード排ガス配管は、前記カソード排出側バルブから、重力方向上側に向かって、前記カソード供給側バルブを跨いで延びることにより、前記カソードガス排出マニホールドに接続される、燃料電池用配管ユニット。
この燃料電池用配管ユニットによれば、燃料電池の排水が、重力方向下側に配置されたカソード排出側バルブや下流側カソード排ガス配管に、重力に誘導されて流入する。従って、燃料電池の排水効率を向上させることができる。また、上流側カソード排ガス配管が、カソード供給側バルブを跨いで重力方向上側に向かって延びることにより、カソードガス供給通路部とカソードガス排出通路部とがより一体的に構成されている。【００１０】
［適用例４］
適用例３記載の燃料電池用配管ユニットであって、さらに、前記燃料電池からアノード排ガスを排出させるためのアノードガス排出通路部を備え、前記アノードガス排出通路部は、前記エンドプレートに設けられたアノードガス排出マニホールドに接続し、アノード排ガスから水分を分離する気液分離構造を有するアノード排ガス配管と、前記気液分離構造によって分離された気体成分を誘導する分離ガス配管と、前記気液分離構造によって分離された水分を誘導して排出するための分離排水配管と、を備え、前記分離排水配管は、底面が、前記下流側カソード排ガス配管の底面より重力方向上側となるように設けられており、前記アノードガス排出通路部は、前記エンドプレートと、前記下流側カソード排ガス配管との間に配置されており、前記分離排水配管が前記下流側カソード排ガス配管に重力方向上側から傾斜して接続することにより、前記カソードガス排出通路部と一体化されている、燃料電池用配管ユニット。
この燃料電池用配管ユニットによれば、カソードガス供給通路部と、カソードガス排出通路部と、アノードガス排出通路部とが一体化されており、燃料電池に対する反応ガスのための配管類の取付がさらに容易になる。また、アノードガス排出通路部は、エンドプレートと下流側カソード排ガス配管の間に配置されているため、アノードガス排出通路部を設けることによって燃料電池用配管ユニットが大型化してしまうことが抑制されている。従って、この燃料電池用配管ユニットを用いることにより、アノード排ガスを循環させて再利用する燃料電池システムを小型化することが可能である。【００１１】
［適用例５］
適用例４に記載の燃料電池用配管ユニットであって、前記下流側カソード排ガス配管は、第１の接続部において、前記カソード排出側バルブと接続され、第２の接続部において、前記分離排水配管と接続されており、前記カソードバイパス配管は、前記第１または第２の接続部に向かって開口するように、前記下流側カソード排ガス配管に傾斜して接続されている、燃料電池用配管ユニット。
この燃料電池用配管ユニットによれば、カソードバイパス配管から流出するガスによって、第１または第２の接続部における水分を効率よく除去することができる。従って、燃料電池用配管ユニットにおけるバルブの凍結や、配管類の劣化を抑制でき、それを用いた燃料電池システムの低温環境下における起動性の向上や、燃料電池システムの劣化の抑制が可能である。【００１２】
［適用例６］
適用例３ないし適用例５のいずれか一つに記載の燃料電池用配管ユニットであって、前記上流側カソード排ガス配管は、前記カソードガス排出マニホールドとの接続部位から重力方向上側に傾斜する第１のガス配管部と、前記第１のガス配管部から重力方向下側へと延びる第２のガス配管部とを有する、燃料電池用配管ユニット。
この燃料電池用配管ユニットによれば、燃料電池の運転停止後に、上流側カソード排ガス配管の第１のガス配管部において凝縮発生した液水を、第１のガス配管部に滞留させておくことができる。従って、当該液水が、カソード排出側バルブへと流入してしまうことを抑制でき、その劣化や凍結を抑制できる。【００１３】
［適用例７］
適用例３ないし適用例６のいずれか一つに記載の燃料電池用配管ユニットであって、前記カソードバイパス配管は、前記上流側カソードガス配管から前記エンドプレートとは反対の方向へと延びる上流側配管部と、前記上流側配管部から屈曲して、重力方向下側の前記下流側カソード排ガス配管へと延びる下流側配管部とを有し、前記バイパス配管用バルブは、前記下流側配管部の内部に設けられており、前記下流側配管部の配管方向に沿って移動する弁体と、重力方向下側において前記弁体を受け止める弁座とを備える、燃料電池用配管ユニット。
この燃料電池用配管ユニットによれば、ユニット内において、カソードバイパス配管およびバイパス配管用バルブをコンパクトに構成することができる。また、バイパス配管用バルブの故障により、弁体が浮動してしまう状態に陥ってしまった場合であっても、カソードガスの流れによって、弁体が閉側に誘導されるため、バイパス配管用バルブの故障に関わらず、燃料電池の運転を継続することが可能となる。【００１４】
［適用例８］
適用例１ないし適用例７のいずれか一項に記載の燃料電池用配管ユニットであって、前記カソード供給側バルブは、入口が前記エンドプレートの外表面に沿った方向に開口するとともに、出口が前記エンドプレートの外表面に向かって開口するように配置されており、前記下流側カソードガス配管は、前記カソード供給側バルブの出口の外周を囲むとともに、カソードガスのための前記カソードガス供給マニホールドを覆うように前記エンドプレートの外表面に沿った方向に広がる通路外壁を有し、前記通路外壁は、前記エンドプレートに取り付けられたときに、前記通路外壁の内壁面と前記エンドプレートの外表面との間に、前記カソード供給側バルブの出口と前記カソードガス供給マニホールドとを連結する気密な空間を形成し、前記エンドプレートの外表面をカソードガスを誘導するための誘導壁面として利用する、燃料電池用配管ユニット。
この燃料電池用配管ユニットによれば、エンドプレートの外表面を、カソードガスの通路壁面として利用することにより、下流側カソードガス配管を小型・軽量化することができる。従って、燃料電池用配管ユニットおよびそれを用いた燃料電池システムの小型化・軽量化が可能である。【００１５】
［適用例９］
適用例８記載の燃料電池用配管ユニットであって、前記カソード供給側バルブは、弁体が前記入口の開口方向に沿って移動することによって開閉するポペット式バルブであり、前記上流側カソードガス配管は、断面形状が上流端から下流端にかけて一定である、燃料電池用配管ユニット。
この燃料電池用配管ユニットによれば、カソード供給側バルブを軽量かつコンパクトなポペット式バルブによって構成できるため、より燃料電池システムの小型化が可能である。また、上流側カソードガス配管の断面形状を、上流端から下流端にかけて一定とすることができるため、カソードガスの圧損を抑制できるとともに、外部の配管類との接続性を向上させることができる。【００１６】
［適用例１０］
燃料電池ユニットであって、カソードガス供給マニホールドおよびカソードガス排出マニホールドが一方のエンドプレートに形成された燃料電池と、前記燃料電池に接続される適用例１ないし適用例１０のいずれか一つに記載の燃料電池用配管ユニットと、前記燃料電池と前記燃料電池用配管ユニットとを収容する筐体と、を備え、前記筐体には、前記燃料電池用配管ユニットの前記下流側カソード排ガス配管と、前記燃料電池の前記エンドプレートとの間に隔壁が設けられている、燃料電池ユニット。
この燃料電池ユニットによれば、筐体内に設けられた隔壁によって、燃料電池用配管ユニットから漏洩する排水から、燃料電池を保護することができる。【００１７】
［適用例１１］
燃料電池システムであって、カソードガス供給マニホールドおよびカソードガス排出マニホールドが一方のエンドプレートに形成された燃料電池と、前記燃料電池に接続される上記適用例７に記載の燃料電池用配管ユニットと、前記燃料電池用配管ユニットの前記カソード排出側バルブおよび前記バイパス配管用バルブの開閉を制御することにより、前記燃料電池に供給されるカソードガスの流量を制御する制御部と、前記バイパス配管用バルブの開固着を検出する開固着検出部と、を備え、前記制御部は、前記開固着検出部が前記バイパス配管用バルブの開固着を検出した場合には、前記カソード排出側バルブを閉側に制御して、前記バイパス配管用バルブに流入するガス量を増大させることにより、前記弁体に加わる外力を増大させる、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、バイパス配管用バルブにおいて開固着が発生した場合であっても、簡易な処理によって、開固着の解消が可能である。【００１８】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池用配管ユニット、その燃料電池用配管ユニットが燃料電池に取り付けられた燃料電池ユニット、その燃料電池ユニットを備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施例の燃料電池システムの構成を示す概略図。
【図２】配管ユニットの正面側および背面側を示す概略斜視図。
【図３】配管ユニットの正面および上面を示す概略図。
【図４】配管ユニットの左側面および右側面を示す概略図。
【図５】配管ユニットの燃料電池に対する取り付け位置を説明するための説明図。
【図６】カソードガス供給通路部の構成を示す概略正面図および概略上面図。
【図７】上流側カソードガス配管およびカソード供給側バルブの構成を示す概略断面図。
【図８】下流側カソードガス配管の断面を示す概略断面図と、水素ポンプの配置位置を説明するための模式図。
【図９】比較例としての下流側カソードガス配管を説明するための模式図。
【図１０】カソードバイパス配管の外観を示す正面図および左側面図。
【図１１】カソードバイパス配管の内部構成を透視して示す模式図。
【図１２】カソードガス排出通路部の構成を示す概略図。
【図１３】上流側カソード排ガス配管の構成を説明するための概略断面図。
【図１４】アノードガス排出通路部の構成を示す左側面図および上面図。
【図１５】アノードガス排出通路部の内部構造を透視して示す概略模式図。
【図１６】下流側カソード排ガス配管に対するカソードバイパス配管と分離排水配管の接続位置を説明するための模式図。
【図１７】配管ユニットの組み立て工程を示す模式図。
【図１８】他の構成例としてのカソードガス供給通路部を説明するための模式図。
【図１９】他の構成例としての配管ユニットを説明するための模式図。
【図２０】他の構成例としての下流側カソードガス配管におけるカソードガスの流れを説明するための模式図。
【図２１】他の構成例としての配管ユニットを説明するための模式図。
【図２２】他の構成例におけるカソード供給側バルブの構成を説明するための概略図。
【図２３】他の構成例としての配管ユニットを説明するための模式図。
【図２４】他の構成例としての配管ユニットを説明するための模式図。
【図２５】他の構成例としてカソードバイパス配管を説明するための模式図。
【図２６】他の構成例としてのカソードバイパス配管を説明するための模式図。
【図２７】上流側カソード排ガス配管とカソード排出側バルブとの接続についての他の構成例を説明するための模式図。
【図２８】他の構成例としてのアノード排ガス配管を示す概略模式図。
【図２９】他の構成例としての下流側カソードガス配管と分離排ガス配管とを説明するための模式図。
【図３０】第２実施例としての燃料電池システムの構成を示す概略ブロック図。
【図３１】バイパス弁監視処理の処理手順を示す説明図。
【図３２】バイパス弁監視部が用いるマップの一例を示す概略図。
【図３３】第３実施例としての燃料電池ユニットの構成を示す概略上面図。
【図３４】第３実施例としての燃料電池ユニットの概略左側面図および概略右側面図。
【図３５】第３実施例としての燃料電池ユニットの構成を示す概略正面図。
【図３６】防水壁および第１ないし第３の突起部の機能を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
A．第１実施例：
図１は本発明の一実施例としての燃料電池システムの構成を示す概略図である。この燃料電池システム１０００は、例えば車両等の移動体に搭載され、駆動力を発生させるモータや電装部品などに発電電力を供給する。燃料電池システム１０００は、燃料電池１０と、エアコンプレッサ２０と、アノードガス供給部３０と、配管ユニット４０と、水素ポンプ５０と、制御部７０とを備える。なお、燃料電池システム１０００は、さらに、燃料電池１０に冷媒を供給・循環させるための冷媒供給部を備えているが、その図示および説明は省略する。
【００２１】
燃料電池１０は、反応ガスとして空気（カソードガス）と水素（アノードガス）の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。なお、燃料電池１０としては、固体高分子型燃料電池に限らず、任意の他の種々のタイプの燃料電池を採用することが可能である。燃料電池１０は、発電体である複数の単セル１１が直列に積層されるとともに、その積層方向の両端部に第１と第２エンドプレート１２，１３が配置されている。
【００２２】
各単セル１１は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体（図示せず）を有している。各単セル１１の膜電極接合体の外側には、反応ガスの供給用および排出用のマニホールド（図示せず）が積層方向に沿った貫通孔として形成されている。また、膜電極接合体の外側には、各単セル１１を締結するための締結部材１５が、各単セル１１および第１と第２のエンドプレート１２，１３を積層方向に貫通して設けられている。
【００２３】
ここで、図１には、燃料電池１０における反応ガスの流れを破線矢印を用いて示してある。なお、便宜上、カソードガスの流れを示す破線矢印については紙面上側に、アノードガスの流れを示す破線矢印については紙面下側に、それぞれ分離して示してある。燃料電池１０では、第１のエンドプレート１２に、上記のマニホールドが形成され、第２のエンドプレート１３には設けられていない。即ち、燃料電池１０では、反応ガスが、第１のエンドプレート１２側から供給され、供給用のマニホールドを介して各単セル１１の膜電極接合体に流入しつつ第２のエンドプレート１３側へと流れる。一方、各単セル１１の膜電極接合体から排出された未反応の反応ガスを含む排ガスは、排出用のマニホールドを介して、第２のエンドプレート１３側から第１のエンドプレート１２側へと流れて排出される。
【００２４】
エアコンプレッサ２０は、配管２１を介して配管ユニット４０に接続されている。エアコンプレッサ２０は、外気を取り入れて圧縮した高圧空気をカソードガスとして、燃料電池１０に対して出力・供給する。アノードガス供給部３０は、例えば、水素タンクや水素を生成するための改質器を備えており、アノードガス供給用配管３１を介して、燃料電池１０のアノード側の供給用マニホールドに接続して高圧水素を供給する。なお、アノードガス供給用配管３１には、水素の圧力を制御するためのレギュレータ３２や、水素の流れを制御する開閉バルブ３３が設けられている。
【００２５】
配管ユニット４０は、燃料電池１０に接続される反応ガスのためのガス配管やバルブを一体化して、燃料電池システム１０００の一部をユニット化するための装置である。燃料電池システム１０００は、この配管ユニット４０を有することにより小型化されている。以下に、配管ユニット４０においてユニット化されている配管やバルブの機能について説明する。
【００２６】
配管ユニット４０は、燃料電池１０にカソードガスを供給するためのカソードガス供給通路部４１と、燃料電池１０からカソード排ガスを排出させるためのカソードガス排出通路部４２とを有する。また、配管ユニット４０は、燃料電池１０からアノード排ガスを排出させるためのアノードガス排出通路部４３を有する。カソードガス供給通路部４１は、上流側カソードガス配管１００と、カソード供給側バルブ１１０と、下流側カソードガス配管１２０と、カソードバイパス配管２００と、バイパス配管用バルブ２１０とを備える。
【００２７】
上流側カソードガス配管１００は、エアコンプレッサ２０に接続された配管２１と、カソード供給側バルブ１１０の入口とを接続する配管である。下流側カソードガス配管１２０は、カソード供給側バルブ１１０の出口と、第１のエンドプレート１２に設けられたカソード側の供給用マニホールドとを接続する配管である。カソード供給側バルブ１１０は、所定の圧力以上の圧力を有するカソードガスが供給されたときに開状態となる開閉バルブであり、例えば、ポペット式のバルブにより構成される。
【００２８】
カソードバイパス配管２００は、上流側カソードガス配管１００と、カソードガス排出通路部４２の下流側カソード排ガス配管３２０とを接続する配管である。カソードバイパス配管２００は、上流側カソードガス配管１００に流入したカソードガスの一部を、下流側カソード排ガス配管３２０にバイパスさせることができる。バイパス配管用バルブ２１０は、カソードバイパス配管２００に設けられており、カソードバイパス配管２００に流入するカソードガス（以後、「カソードバイパスガス」または、単に「バイパスガス」とも呼ぶ）の流量を制御する。
【００２９】
カソードガス排出通路部４２は、上流側カソード排ガス配管３００と、カソード排出側バルブ３１０と、下流側カソード排ガス配管３２０とを備える。上流側カソード排ガス配管３００は、第１のエンドプレート１２に設けられたカソード側の排出用マニホールドと、カソード排出側バルブ３１０の入口とを接続するカソード排ガスのための配管である。
【００３０】
下流側カソード排ガス配管３２０は、カソード排ガスを含む燃料電池１０の排ガスや排水をシステム外部に排出するための配管である。下流側カソード排ガス配管３２０は、カソード排出側バルブ３１０の出口に接続されるとともに、カソードバイパス配管２００と、アノードガス排出通路部４３の分離排水配管４２０とに接続されている。カソード排出側バルブ３１０は、カソード排ガスの圧力制御をするためのバルブである。
【００３１】
アノードガス排出通路部４３は、アノード排ガス配管４００と、分離排水配管４２０と、分離排ガス配管４３０とを備える。アノード排ガス配管４００は、エンドプレート１２に設けられたアノード側の排出用マニホールドに接続される配管であり、気液分離部４１０と、貯水部４１１とを有する。気液分離部４１０は、流入するアノード排ガスから水分を分離して貯水部４１１へと誘導し、残余のアノード排ガスを分離排ガス配管４３０へと誘導する。
【００３２】
分離排ガス配管４３０は、水素ポンプ５０に接続されている。水素ポンプ５０は、出口側がアノードガス供給用配管３１に接続されており、未反応の水素を含むアノード排ガスを燃料電池１０へと循環させる。貯水部４１１は、アノード排水バルブ４１５を介して、分離排水配管４２０と接続されており、分離排水配管４２０は、下流側カソード排ガス配管３２０に接続されている。アノード排ガスから分離されたアノード側の排水は、通常、貯水部４１１に貯留され、アノード排水バルブ４１５が開いたときに、分離排水配管４２０を介して、下流側カソード排ガス配管３２０へと排出される。
【００３３】
ここで、燃料電池システム１０００は、反応ガスや排ガスの圧力や流量を計測する圧力計や流量計、燃料電池１０の運転温度や外気温度を検出する温度計、燃料電池１０の発電量を計測するための電圧計や電流計などのセンサ類を有するが、その図示および説明は省略する。これらのセンサ類は、計測結果を制御部７０へと送信する。
【００３４】
制御部７０は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成され、外部負荷からの出力要求および前記センサ類の計測結果に基づき、燃料電池システム１０００における反応ガスの流れを制御する。具体的には、制御部７０は、エアコンプレッサ２０を制御して、エアコンプレッサ２０が出力するカソードガスの圧力や流量を制御する。また、制御部７０は、バイパス配管用バルブ２１０の開度を調整することにより、バイパスカソードガスの流量を調整して、燃料電池１０に供給されるカソードガスの圧力および流量を調整する。
【００３５】
一般に、バルブの開閉制御は、エアコンプレッサの出力制御に比較して、高い応答性で実行することができる。即ち、この燃料電池システム１０００では、制御部７０が、エアコンプレッサ２０の出力制御に加えて、バイパス配管用バルブ２１０の開閉制御を実行することによって、カソードガスの圧力および流量の調整を、より即応的に実行することができる。
【００３６】
ところで、制御部７０は、寒冷時などにおける燃料電池１０の暖機運転のために、バイパス配管用バルブ２１０を開くものとしても良い。一般に、燃料電池に対するカソードガスの供給量をアノードガスの供給量に対して低下させると燃料電池の発電効率は低下する。また、発電効率が低下した状態で燃料電池の運転を継続させた場合には、発電量に対する燃料電池の発生熱量が増大する。即ち、本実施例の燃料電池システム１０００において、燃料電池１０が低温状態である場合には、バイパス配管用バルブ２１０を開いて、カソードガスの供給量を低下させた低発電効率の運転を燃料電池１０に継続させることにより、燃料電池１０を暖機することが可能である。
【００３７】
なお、この低効率発電による暖機運転の際には、カソードガスの供給量は、燃料電池１０の発電が停止してしまわない程度の限界値近傍で制御されることが好ましい。前記したように、本実施例の燃料電池システム１０００では、バイパス配管用バルブ２１０の制御によって、より即応的にカソードガスの流量の制御が可能であるため、暖機運転のためのカソードガスの制御を、より適切に実行することが可能である。
【００３８】
また、一般に、燃料電池に対するカソードガスの供給量を、アノードガスの供給量に対して低下させた場合には、各単セルにおいて、アノード側からカソード側へと移動してしまう水素量が増大してしまうことが知られている。このような場合には、カソード排ガスに含まれる水素量が増大してしまう。しかし、本実施例の燃料電池システム１０００におけるバイパス配管用バルブ２１０を開いた暖機運転であれば、バイパスガスによって、カソード排ガス中の水素を拡散させるとともにその濃度を低減させる、水素の希釈化も実行することができる。
【００３９】
制御部７０は、さらに、カソード排出側バルブ３１０の開度を制御して、燃料電池１０内におけるカソードガスの圧力を調整する。また、制御部７０は、アノードガス供給用配管３１に設けられたレギュレータ３２や開閉バルブ３３を制御して、燃料電池１０に供給されるアノードガスの流量・圧力を制御する。さらに、制御部７０は、アノード排水バルブ４１５を、所定のタイミングで開き、貯水部４１１に貯留された水分の排水を実行する。
【００４０】
図２〜図４は、配管ユニット４０の外観を示す概略図である。図２〜図４には、各図が対応するように、互いに直交する三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。ここで、配管ユニット４０は、燃料電池１０の第１のエンドプレート１２の外表面の所定の位置（後述）に取り付けられ、燃料電池システム１０００では、燃料電池１０は、所定の配置方向（後述）で配置される。即ち、配管ユニット４０は、燃料電池システム１０００において、所定の配置方向で配置されて使用される。
【００４１】
各図の三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは、配管ユニット４０が燃料電池システム１０００において使用される際の配置の方向を基準として図示したものである。具体的には、矢印Ｚは、重力方向とは反対の方向（高さ方向）を示す矢印である。矢印Ｙは、燃料電池１０の積層方向に沿った、第２のエンドプレート１３から第１のエンドプレート１２に向かう方向を示す矢印である。矢印Ｘは、矢印Ｚを垂直上方向とし、矢印Ｙとは反対の方向に向いたときの左方向を示す矢印である。
【００４２】
ここで、本明細書では、矢印Ｙとは反対の方向にみたときの配管ユニット４０の面を「正面」と呼び、その反対側の面を「背面」と呼ぶ。矢印Ｘの方向にみたときの配管ユニット４０の面を「右側面」と呼び、その反対側の面を「左側面」と呼ぶ。矢印Ｚとは反対の方向（重力方向）にみたときの配管ユニット４０の面を「上面」とよび、その反対の面を「底面」と呼ぶ。
【００４３】
図２（Ａ）は配管ユニット４０の正面側を示す概略斜視図であり、図２（Ｂ）は、配管ユニット４０の背面側を示す概略斜視図である。図３（Ａ）は配管ユニット４０の正面を示す概略図であり、図３（Ｂ）は配管ユニット４０の上面を示す概略図である。図４（Ａ）は配管ユニット４０の左側面を示す概略図であり、図４（Ｂ）は配管ユニット４０の右側面を示す概略図である。
【００４４】
カソード供給側バルブ１１０は、矢印Ｙに沿った方向を高さ方向とする略円柱状のケーシングを有しており、配管ユニット４０のほぼ中央部に配置されている。上流側カソードガス配管１００は、矢印Ｘに沿った方向に延びる配管として構成され、カソード供給側バルブ１１０のケーシングにおける円柱側面に接続されている。カソード供給側バルブ１１０の背面側の円柱底面には、配管ユニット４０の背面側に向かって開口する出口１１１が設けられ、出口１１１の外周には下流側カソードガス配管１２０が設けられている。
【００４５】
下流側カソードガス配管１２０は、配管ユニット４０の背面側に向かって（矢印Ｙとは反対の方向に）開口しており、その開口部を形成する外壁は、カソード供給側バルブ１１０の出口１１１の外周を囲むとともに、重力方向下側に向かって末広がりに広がるように形成されている。下流側カソードガス配管１２０におけるカソードガスの流れについては後述する。なお、下流側カソードガス配管１２０の開口部外周には、配管ユニット４０を第１のエンドプレート１２に固定するためのフランジ１２１が形成されている。また、フランジ１２１の背面側には、肉抜き部１１９が形成されているが、肉抜き部１１９については後述する。
【００４６】
下流側カソード排ガス配管３２０は、上流側カソードガス配管１００より矢印Ｙ方向側かつ重力方向下側の位置において、上流側カソードガス配管１００と並列に延びる配管として構成されている。カソード排出側バルブ３１０は、矢印Ｘに沿った方向を高さ方向とする略円筒形状のケーシングを有しており、カソード供給側バルブ１１０の下側の位置において、下流側カソード排ガス配管３２０に対して直列に接続されている。なお、下流側カソード排ガス配管３２０とカソード供給側バルブ１１０のケーシングの直列方向後段には、カソード供給側バルブ１１０の弁体を駆動するためのモータ３１１が配置されている。
【００４７】
上流側カソード排ガス配管３００は、カソード排出側バルブ３１０のケーシングにおける円柱側面から、重力方向上側に、カソード供給側バルブ１１０の外表面に沿って延びる配管として構成されている。具体的には、上流側カソード排ガス配管３００は、下流側がカソード供給側バルブ１１０のケーシングにおける円柱上面に沿って重力方向上側に向かって延び、上流側がカソード供給側バルブ１１０のケーシングにおける円柱側面に沿って背面側に延びている。上流側カソード排ガス配管３００の上流側端部は、背面側に開口しており、その開口部の外周には、第１のエンドプレート１２に接続するためのフランジ３０１が形成されている。
【００４８】
カソードバイパス配管２００は、カソード供給側バルブ１１０および上流側カソード排ガス配管３００と隣り合う位置に設けられている。カソードバイパス配管２００は、屈曲する配管によって構成されており、上流側カソードガス配管１００から正面側に延びる上流側配管部２０１と、上流側配管部２０１から重力方向に向かって延びて、下流側カソード排ガス配管３２０に接続している下流側配管部２０２とを有している。バイパス配管用バルブ２１０は、下流側配管部２０２の内部に設けられているが、その詳細は後述する。なお、下流側配管部２０２の上方には、バイパス配管用バルブ２１０の弁体を駆動するためのモータ２１１が配置されている。
【００４９】
アノード排ガス配管４００は、上流側カソード排ガス配管３００およびカソードバイパス配管２００の下側に設けられている。アノード排ガス配管４００は、アノード側の排出用マニホールドに接続するための開口部４０１を有している。開口部４０１は、背面側において開口しており、その外周には、第１のエンドプレート１２に接続するためのフランジ４０２が形成されている。なお、フランジ４０２の背面側には、肉抜き部４０３が形成されている。
【００５０】
ここで、本実施例の配管ユニット４０では、アノード排ガス配管４００のためのフランジ４０２と、下流側カソードガス配管１２０のためのフランジ１２１とは一体化されている。これによって、カソードガス供給通路部４１とアノードガス排出通路部４３とを、一体的に燃料電池１０に取り付けることができる。また、これらのフランジ１２１，４０２は、第１のエンドプレート１２の外表面を広く覆うように形成されている。これによって、フランジ１２１，４０２は、燃料電池１０の外部への放熱を抑制するための断熱材としても機能している。また、フランジ４０２の背面側に形成された肉抜き部４０３は、第１のエンドプレート１２の外表面によって気密に閉塞され、燃料電池１０の外部への放熱を抑制するための断熱層として機能する。
【００５１】
アノード排ガス配管４００の内部には、気液分離部４１０と貯水部４１１とが設けられているが、その詳細な構成については後述する。アノード排ガス配管４００と、下流側カソード排ガス配管３２０との間には、分離排水配管４２０が配置されている。アノード排ガス配管４００と分離排水配管４２０の左側面側には、アノード排ガス配管４００の内部に設けられた貯水部４１１と分離排水配管４２０とを連結するためのアノード排水バルブ４１５が設けられている。また、アノード排ガス配管４００の右側面側には、分離排ガス配管４３０が接続されている。分離排ガス配管４３０は、カソード供給側バルブ１１０の下方において、矢印Ｘとは反対の方向に向かって延びている。
【００５２】
前記したとおり、この配管ユニット４０は、燃料電池１０の第１のエンドプレート１２における外表面の所定の位置に取り付けられる。以下に、その具体的な取り付け位置について説明する。
【００５３】
図５は、配管ユニット４０の燃料電池１０に対する取り付け位置を説明するための説明図である。図５には、燃料電池１０の第１のエンドプレート１２の外表面が模式的に図示されており、配管ユニット４０が取り付けられたときの各フランジ１２１，４０２，３０１の外周を破線で図示してある。また、図５には、配管ユニット４０が取り付けられたときに、配管ユニット４０と第１のエンドプレート１２との間に形成されるシールラインＳＬを一点鎖線で図示してある。さらに、図５には、カソード供給側バルブ１１０の出口１１１が配置される位置を二点鎖線で図示してあり、出口１１１から流出するカソードガスの流れを示す矢印が図示されている。
【００５４】
第１のエンドプレート１２は、略長方形形状の板状部材によって構成されている。ここで、燃料電池１０は、燃料電池システム１０００において、第１のエンドプレート１２の長辺方向および、燃料電池１０の積層方向が水平となるように配置される。図５では、燃料電池１０を燃料電池システム１０００に配置したときの重力方向を矢印Ｇとして図示してある。
【００５５】
第１のエンドプレート１２には、アノード側の供給用および排出用のマニホールドＭ１，Ｍ２と、カソード側の２つの供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂおよび２つの排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂとが設けられている。各マニホールドＭ１，Ｍ２，Ｍ３ａ，Ｍ３ｂ、Ｍ４ａ，Ｍ４ｂは、第１のエンドプレート１２の長辺に沿って配列されている。より具体的には、カソード側の２つの供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂは、第１のエンドプレート１２の一方の長辺に沿って配列するように設けられ、２つの排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂは、他方の長辺に沿ってほぼ配列するように設けられている。
【００５６】
また、アノード側の供給用マニホールドＭ１は、カソード側の排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂと同じ側に設けられ、アノード側の排出用マニホールドＭ２は、カソード側の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂと同じ側に設けられている。なお、アノード側の供給用マニホールドＭ１と排出用マニホールドＭ２とはそれぞれ、第１のエンドプレート１２の中央領域を挟んで互いに対角するように形成されている。
【００５７】
さらに、第１のエンドプレート１２には、冷媒のための供給用マニホールドＭ５および排出用マニホールドＭ６が、第１のエンドプレート１２の中央領域を挟んで対向するように、第１のエンドプレート１２の２つの短辺に沿って形成されている。また、第１のエンドプレート１２には、燃料電池１０を締結するための締結部材１５が、厚み方向に貫通して取り付けられている。締結部材１５は、第１のエンドプレート１２の四隅と、カソード側の第１の供給用マニホールド３ａと第２の供給用マニホールド３ｂの間と、第１の排出用マニホールド４ａと第２の排出用マニホールド４ｂの間とに設けられている。
【００５８】
ここで、本実施例の燃料電池１０００では、燃料電池１０は、カソード側の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂを重力方向上側とし、排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂを重力方向下側として配置される。燃料電池１０をこのような配置とすることにより、各単セル１１のカソード側では、カソードガスが重力方向下側から上側へと流れることとなる。通常、固体高分子型燃料電池では、その運転中に、電解質膜が湿潤状態に保持されていることが好ましい。燃料電池１０におけるカソードガスの流れを上記のようにすることにより、各単セル１１の電解質膜中の水分は、重力に逆らった力をカソードガスの流れによって受けることとなり、重力に従って移動することが抑制される。即ち、燃料電池１０を上記のように配置することにより、運転中の燃料電池１０における電解質膜の保水性を向上させることができる。
【００５９】
第１のエンドプレート１２に配管ユニット４０が取り付けられたとき、カソード側の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂと排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂとの間には、カソード供給側バルブ１１０が配置され、カソード供給側バルブ１１０の出口１１１は第１のエンドプレート１２の外表面に向かって開口する。また、カソード側の２つの供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂは、下流側カソードガス配管１２０の開口部における重力方向下端の領域に配置され、アノード側の排出用マニホールドＭ２は、アノード排ガス配管４００の開口部４０１に連結される。さらに、カソード側の２つの排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂは、上流側カソード排ガス配管３００の上流側端部の開口部内に配置される。
【００６０】
ここで、各配管１２０，３００，４００の開口部外周には、シール部材（図示せず）が配置されており、配管ユニット４０が第１のエンドプレート１２に固定されたときに、シールラインＳＬが形成される。下流側カソードガス配管１２０によって形成されるシールラインＳＬは、カソード供給側バルブ１１０の出口１１１の配置領域と、カソード側の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂとを囲むように形成される。
【００６１】
即ち、下流側カソードガス配管１２０は、その開口部が第１のエンドプレート１２の外表面によって閉塞されることにより、カソード供給側バルブ１１０の出口１１１と２つの供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂとを連結する空間を形成する。カソードガスは、その空間内を、第１のエンドプレート１２の外表面に沿って流れ、カソード側の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂへと流入する。即ち、配管ユニット４０は、第１のエンドプレート１２の外表面を、カソードガスを、カソード供給側バルブ１１０の出口１１１から供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂへと誘導するための誘導壁として利用する。
【００６２】
ところで、燃料電池１０では、前記したとおり、重力方向に逆らった方向にカソードガスを流すことによって、各単セル１１の電解質膜における保水性を向上させている。従って、燃料電池１０の運転停止後など、カソードガスの供給が停止されたときには、各単セル１１のカソード側の水分が、重力に従って、供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂへと逆流してしまう可能性がある。
【００６３】
しかし、本実施例の配管ユニット４０では、カソード供給側バルブ１１０が、第１と第２の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂの上方に配置されているため、運転停止後の燃料電池１０の内部の水分が、カソード供給側バルブ１１０へと流入してしまうことが抑制されている。従って、そうした逆流水分に起因する低温環境下におけるカソード供給側バルブ１１０の凍結や、カソード供給側バルブ１１０の劣化が抑制される。
【００６４】
このように、本実施例の配管ユニット４０によれば、反応ガスの供給・排出のための複数の配管およびバルブが一体化された構成であり、それらを一体的に燃料電池１０に取り付けることができる。また、配管ユニット４０は、各構成部４１〜４３がコンパクトに構成されているため、燃料電池１０と一体化して燃料電池システム１０００に配置されるため、燃料電池システム１０００の小型化が可能である。ところで、本実施例の配管ユニット４０では、燃料電池１０の発電効率の向上や、燃料電池１０の劣化の抑制のために、各構成部４１〜４３を以下のように構成している。
【００６５】
図６〜図８は、配管ユニット４０におけるカソードガス供給通路部４１のさらに詳細な構成を説明するための説明図である。図６（Ａ）はカソードガス供給通路部４１を示す概略正面図であり、図６（Ｂ）はカソードガス供給通路部４１を示す概略上面図である。図６（Ａ），（Ｂ）には、図２〜図４と同様な三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。また、図６（Ａ）には、燃料電池１０に取り付けられたときの、下流側カソードガス配管１２０内におけるカソード側の供給マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂおよび締結部材１５の配置位置を破線で図示してある。なお、図６（Ａ），（Ｂ）では、カソードバイパス配管２００については、その上流側配管部２０１の一部以外の図示を省略してある。また、図６（Ａ），（Ｂ）では、フランジ１２１と一体化されたアノード排ガス配管４００のためのフランジ４０２も図示してある。
【００６６】
図７（Ａ）は、図６（Ａ）に示すＡ−Ａ切断におけるカソード供給側バルブ１１０の概略断面図である。カソード供給側バルブ１１０は、ポペット式バルブであり、弁体１１２と、ダイヤフラム１１３と、付勢機構１１４と、ケーシング１１７と、ケーシングキャップ部１１８とを備えている。ケーシング１１７の本体部は、略円筒形状を有しており、底面中央には出口１１１が略円形形状の開口部として設けられ、出口１１１の外周には、前記したフランジ１２１が設けられている。また、ケーシング１１７の本体部側面には、上流側カソードガス配管１００が接続される入口１１５が略長方形形状の開口部として設けられている。ケーシング１１７の上面は、面全体が開口しており、ケーシングキャップ部１１８が取り付けられることにより閉塞される。なお、ケーシングキャップ部１１８の開口端部には、ケーシング１１７の開口端部を被覆して加締めることが可能なように略Ｌ字状に外側に曲折した部位が設けられている。
【００６７】
ダイヤフラム１１３は、厚み方向に弾性を有する略円盤状の薄膜であり、その外周端が、ケーシング１１７とケーシングキャップ部１１８の開口端部によって狭持されることにより、ケーシング１１７とケーシングキャップ部１１８との間に保持される。カソード供給側バルブ１１０の内部空間は、このダイヤフラム１１３によって、ケーシング１１７側の内部空間と、ケーシングキャップ部１１８側の内部空間とに二分される。なお、ケーシング１１７側の内部空間と、ケーシングキャップ部１１８側の内部空間とは、ダイヤフラム１１３によって気密にシールされる。また、ケーシングキャップ部１１８側の内部空間は大気圧に保持されるように、外部と連通されている。
【００６８】
ダイヤフラム１１３のケーシング１１７側の面には、出口１１１を閉塞するように弁体１１２が取り付けられている。また、ダイヤフラム１１３のケーシングキャップ部１１８側の面には、付勢機構１１４が取り付けられている。付勢機構１１４は、ダイヤフラム１１３を介して、弁体１１２を出口１１１外周の弁座１１６へと付勢する。この構成により、カソード供給側バルブ１１０は、通常は閉状態となる。一方、入口１１５から、ケーシング１１７側の内部空間に所定の圧力でカソードガスが供給されたときには、そのガス圧によって、ダイヤフラム１１３が、ケーシングキャップ部１１８側へと湾曲する。そのため、弁体１１２は、出口１１１の外周の弁座１１６から離れ、カソード供給側バルブ１１０は開状態となる。
【００６９】
ここで、カソード供給側バルブ１１０は、下流側カソードガス配管１２０の外周に設けられたフランジ１２１によって、第１のエンドプレート１２に固定的に取り付けられる。前記したとおり、カソード供給側バルブ１１０は、燃料電池１０の運転の際に、カソードガスの供給圧力に応じて開閉が繰り返されることとなる。従って、カソード供給側バルブ１１０が比較的剛性の高い部材で構成された第１のエンドプレート１２に固定されていれば、カソード供給側バルブ１１０の開閉動作に伴う振動を抑制することが可能である。
【００７０】
さらに、本実施例のカソード供給側バルブ１１０の弁座１１６の下部には、第１のエンドプレート１２との接触面側（紙面右側）から弁座１１６の座面側（紙面左側）に向かって肉抜きがなされることにより、肉抜き部１１９が形成されている。この肉抜き部１１９によって、カソード供給側バルブ１１０は軽量化されている。
【００７１】
図７（Ｂ）は、参考例としてのカソード供給側バルブ１１０ａを示す概略断面図である。図７（Ｂ）は、肉抜き部１１９ａの肉抜き方向が異なる点以外は、図７（Ａ）とほぼ同じである。参考例のカソード供給側バルブ１１０ａでは、弁座１１６下部の肉抜き部１１９ａは、ケーシング１１７の側面方向（紙面上下方向）から肉抜きされることにより形成されている。この場合には、肉抜き部１１９ａを形成することにより、弁体１１２による押圧方向に対する弁座１１６の座面を支持する剛性が不足してしまう可能性がある。即ち、弁座１１６と弁体１１２との間のシール性が低下してしまう可能性がある。
【００７２】
しかし、本実施例のカソード供給側バルブ１１０（図７（Ａ））では、弁座１１６の座面を支持するための壁部（リブ）を残しつつ、肉抜き部１１９を形成することができる。従って、弁座１１６の剛性の低下を抑制しつつ、カソード供給側バルブ１１０を軽量化することが可能である。
【００７３】
図７（Ｃ）は、図６（Ｂ）に示すＣ−Ｃ切断における上流側カソードガス配管１００およびカソード供給側バルブ１１０の概略断面図である。図７（Ｃ）では、カソード供給側バルブ１１０のケーシング１１７以外の図示は省略されており、カソードガスの流れを示す矢印が図示されている。図７（Ｄ），（Ｅ）はそれぞれ、図７（Ｃ）に示すＤ−Ｄ切断およびＥ−Ｅ切断における上流側カソードガス配管１００の概略断面図である。また、図７（Ｃ）〜（Ｅ）には、図６と対応するように、三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。
【００７４】
一般に、上流側カソードガス配管１００における上流側の流路断面は、外部の配管との接続や、防水グロメットなどの部品取り付けを容易とするために、略正円形状とすることが好ましい。そこで、本実施例の上流側カソードガス配管１００では、上流側の流路断面を略正円形状としている（図７（Ｄ））。一方、上流側カソードガス配管１００の下流側の流路断面は、カソード供給側バルブ１１０の入口１１５の開口形状に合わせた形状とすることが好ましい。
【００７５】
ここで、カソード供給側バルブ１１０では、流入するカソードガスの圧損の増大を抑制するためにも、入口１１５の開口面積は大きい方が好ましく、ケーシング１１７の小型化のためには、矢印Ｙに沿った方向における入口１１５の開口幅を狭めることが好ましい。さらに、カソード供給側バルブ１１０において、入口１１５から出口１１１へと流れるカソードガスの配流性を向上させるためにも、入口１１５は、矢印Ｚに沿った方向の流路幅が、出口１１１に対して広い方が好ましい。そこで、本実施例では、カソード供給側バルブ１１０の入口１１５を、ケーシング１１７の周方向を長辺とする長方形形状の開口部として形成してある（図７（Ａ））。
【００７６】
従って、本実施例の上流側カソードガス配管１００の下流側の流路断面は、入口１１５の開口形状に合わせて矢印Ｚに沿った方向における流路幅が拡大され、矢印Ｙに沿った方向における流路幅が縮小された細長の形状を有している（図７（Ｅ））。このように、本実施例の上流側カソードガス配管１００は、上流側から下流側に渡って、流路断面の形状が変化するように構成されている。なお、上流側カソードガス配管１００は、カソードガスの圧損の増大を抑制するためにも、その流路断面積が、上流側から下流側に渡ってほぼ一定に保持されていることが好ましく、上流側から下流側にわたる流路断面形状の変化はより緩やかであることが好ましい。
【００７７】
図８（Ａ）は、図６（Ａ）に示すＤ−Ｄ切断における下流側カソードガス配管１２０の断面を示す概略断面図である。なお、図８（Ａ）では、下流側カソードガス配管１２０が第１のエンドプレート１２に取り付けられた状態を図示してある。ここで、カソード側の第１と第２の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂの間には、締結部材１５が配置されている。ここで、下流側カソードガス配管１２０内において、締結部材１５の頂部が第１のエンドプレート１２の外表面より突出している場合には、その頂部によって、カソードガスの流れが阻害されてしまい、カソードガスの圧損が増大してしまう可能性がある。しかし、本実施例の下流側カソードガス配管１２０では、締結部材１５の頂部を覆う部位の外壁を外側へと湾曲させることにより凸湾部１２２を形成することにより、当該部位における流路断面積の減少を抑制している。これによって、第２の供給用マニホールドＭ３ｂに対するカソードガスの配流性の低下が抑制される。
【００７８】
図８（Ｂ）は、水素ポンプ５０の配置位置を説明するための模式図である。図８（Ｂ）は、水素ポンプ５０を配置するための領域がクロスハッチングによって図示されている点以外は、図５とほぼ同じである。本実施例の燃料電池システム１０００では、アノード排ガスを水素ポンプ５０を介してアノードガス供給用配管３１へと循環させている（図１）。配管ユニット４０は、アノード排ガスを誘導する分離排ガス配管４３０を有しているため、燃料電池システム１０００を小型化するためにも、水素ポンプ５０は、配管ユニット４０と、アノード側の供給用マニホールドＭ１との間に配置されることが好ましい。そこで、本実施例の配管ユニット４０では、配管ユニット４０に隣接して水素ポンプ５０を配置可能なように、以下のように、下流側カソードガス配管１２０の外壁を設けている。
【００７９】
前記したとおり、下流側カソードガス配管１２０の外壁は、カソード供給側バルブ１１０の出口１１１からカソード側の第１と第２の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂに向かって末広がりに形成されている。この下流側カソードガス配管１２０の外壁のうち、水素ポンプの配置領域に隣り合う側の外壁は、流路側に凹むように屈曲部１２３が設けられている。この屈曲部１２３によって、第１のエンドプレート１２の外表面上において、下流側カソードガス配管１２０が形成する流路の面積が縮小しており、水素ポンプ５０のための配置領域が確保される。
【００８０】
ところで、屈曲部１２３の形成部位より下流側のガス流路は、その流路断面積が比較的小さくなってしまい、圧損が増大する傾向にある。そのため、屈曲部１２３の下流側に、締結部材１５が配置されていると、屈曲部１２３の下流側における圧損がより増大してしまう可能性がある。そこで、第１と第２の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂに対するカソードガスの配流性を向上させるために、屈曲部１２３は、前記の凸湾部１２２の形成部位よりも第２の供給用マニホールドＭ３ｂに寄った位置に形成されていることが好ましい。これによって、屈曲部１２３より下流側における流路断面積を確保し、圧損の増大を抑制することができる。
【００８１】
図９は、比較例としての下流側カソードガス配管１２０ａを説明するための模式図である。図９（Ａ），（Ｂ）には、燃料電池１０と、上流側カソードガス配管１００と、カソード供給側バルブ１１０と、下流側カソードガス配管１２０ａとが模式的に図示されており、他の燃料電池システムの構成部については省略されている。図９（Ａ）は、燃料電池１０の運転時を示しており、図９（Ｂ）は、燃料電池１０の運転停止後を示している。この比較例では、下流側カソードガス配管１２０ａは樹脂製の配管によって構成されており、第１のエンドプレート１２から離間して配置されたカソード供給側バルブ１１０と、第１のエンドプレート１２のカソード側の供給用マニホールドとを接続している。なお、この比較例の下流側カソードガス通路は、カソード供給側バルブ１１０が第１のエンドプレート１２から離れて配置されている分だけ、その流路容積が本実施例の下流側カソードガス配管１２０の流路容積より増大しているものとする。
【００８２】
ここで、燃料電池１０の運転を停止した際には、カソードガスの供給が停止され、カソード供給側バルブ１１０は閉じられる（図９（Ｂ））。また、図示は省略されているが、カソード排出側バルブ３１０と、アノードガス供給用配管３１に設けられた開閉バルブについても閉じられる。即ち、燃料電池１０は、反応ガスが残留した状態で封止される。封止された燃料電池１０の内部では、残留した水素の一部は、各単セル１１において電解質膜を介してカソード側へと漏洩し、カソード側の酸素が、その漏洩した水素と反応して消費される。また、燃料電池１０は、運転停止後に、温度が低下していくため、燃料電池１０の内部および閉じられたバルブの下流側に残留した反応ガスの圧力は低下する。従って、燃料電池１０の運転停止後には、カソード供給側バルブ１１０の下流側では負圧が発生する場合がある。
【００８３】
このようにカソード供給側バルブ１１０の下流側で負圧が発生すると、樹脂製の管である下流側カソードガス配管１２０ａは収縮する方向に変形してしまう。また、燃料電池１０の運転が再開された場合には、収縮した下流側カソードガス配管１２０ａが膨張する方向に急激に変形し、その変形に伴った異音を発生する場合がある。このような、収縮・膨張の変形を繰り返すと、下流側カソードガス配管１２０ａの劣化が促進される可能性がある。一方、下流側カソードガス配管１２０ａにおいて、そのような変形を生じないように、下流側カソードガス配管１２０ａを剛性の高い部材で構成した場合には、その重量が著しく増大してしまう可能性がある。
【００８４】
しかし、本実施例の配管ユニット４０では、カソード供給側バルブ１１０の出口１１１と、カソード側の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂとの間の距離を比較的短く構成するとともに、第１のエンドプレート１２の外表面をガス通路の壁面として利用している。そのため、燃料電池１０の運転停止後に下流側カソードガス配管１２０が負圧の発生による変形を生じないように、その外壁の剛性を向上させた場合であっても、その重量の増加は比較的抑制される。即ち、本実施例の配管ユニット４０であれば、燃料電池１０の運転停止後における下流側カソードガス配管１２０の変形およびそれに伴う異音の発生を容易に抑制することができる。
【００８５】
また、一般に、燃料電池では、上記のような運転停止後の残留反応ガスの反応によって、カソード側に意図しない高電圧が発生し、電極触媒層が劣化してしまう場合があることが知られている。しかし、本実施例の配管ユニット４０によれば、下流側カソードガス配管１２０の流路容積を比較的小さく構成しているため、運転停止後にカソード供給側バルブ１１０の下流に残存するカソードガス量が低減されている。従って、運転停止後の燃料電池１０における残留反応ガスによる反応の発生を抑制することができ、燃料電池１０の触媒層の劣化を抑制することができる。
【００８６】
図１０および図１１は、カソードバイパス配管２００のさらに詳細な構成を説明するための概略図である。図１０（Ａ）は、カソードバイパス配管２００の外観を示す正面図であり、図１０（Ｂ）は、カソードバイパス配管２００の外観を示す左側面図である。なお、図１０（Ａ），（Ｂ）には、カソードバイパス配管２００が接続されている上流側カソードガス配管１００と、下流側カソード排ガス配管３２０の一部とが図示されている。図１１は、カソードバイパス配管２００の内部構成を透視して示す模式図である。図１１には、カソードバイパス配管２００が接続されている上流側カソードガス配管１００と下流側カソード排ガス配管３２０の概略断面が図示されている。なお、図１０および図１１にはそれぞれ、図２〜図４と同様な三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。
【００８７】
カソードバイパス配管２００の上流側配管部２０１は、上流側カソードガス配管１００との接続部位において、その流路底面が上流側カソードガス配管１００の底面より重力方向下側となるように、上流側カソードガス配管１００に接続されている（図１１）。図１で説明したように、上流側カソードガス配管１００には、エアコンプレッサ２０によって外気から取り込まれたカソードガスが流入する。しかし、上流側配管部２０１を上記のように、上流側カソードガス配管１００へと接続させることにより、カソードガスに含まれる粉塵などの異物や雨水などが、重力に従って、カソードバイパス配管２００へと誘導される。従って、カソードガス中の雨水や異物が、燃料電池１０へと流入することを抑制でき、燃料電池１０の劣化を抑制できる。
【００８８】
下流側配管部２０２内には、バイパス配管用バルブ２１０が設けられている。具体的には、下流側配管部２０２の内部には、配管方向に沿って移動する弁体２１２が配置されるとともに、その弁体２１２を、重力方向下側において受け止めるための弁座２１３が設けられている。即ち、下流側配管部２０２は、バイパス配管用バルブ２１０の弁室として機能する。下流側配管部２０２の上方には、弁体２１２を駆動するための直動式のモータ２１１が配置されている。なお、モータ２１１と下流側配管部２０２との間は、ダイヤフラム（図示せず）によってシールされている。
【００８９】
このように、バイパス配管用バルブ２１０は、弁体２１２が重力方向下側へと移動したときが閉側となるように構成されている。この構成によって、仮に、モータ２１１が故障するなど、弁体２１２が浮動する状態となってしまった場合であっても、弁体２１２は、重力に従って閉側に移動する可能性が高く、さらに、バイパスガスの圧力により、弁座２１３に圧着する可能性が高くなる。従って、モータ２１１の故障により、カソードガスが必要以上に漏洩し、燃料電池１０の発電効率が低下したまま運転が継続されてしまうことを回避できる。また、バイパス配管用バルブ２１０では、モータ２１１がバイパスガスの流路より重力方向上側に配置されているため、カソードバイパス配管２００に流入した水分がモータ２１１側へと移動して、モータ２１１を劣化させてしまうことが抑制されている。
【００９０】
ここで、下流側配管部２０２は、その中心軸が、下流側カソード排ガス配管３２０の中心軸と交差しないように、下流側カソード排ガス配管３２０の中心からオフセットされた位置で接続されるていることが好ましい。このように接続することにより、下流側カソード排ガス配管３２０に流入するバイパスガスが下流側カソード排ガス配管３２０の内壁面に沿って流れ、下流側カソード排ガス配管３２０内に渦流が発生しやすくなる。
【００９１】
このように、バイパスガスによる渦流を発生させれば、下流側カソード排ガス配管３２０内の水分除去のための掃気を効率的に実行することが可能となる。また、当該渦流により、前記した燃料電池１０の暖機のための低効率運転時におけるカソード排ガス中の水素や、分離排水配管４２０を介してアノード側の排水とともに排出されるアノード排ガス中の水素を、より拡散させることができる。即ち、下流側カソード排ガス配管３２０において、より効果的な水素の希釈化が可能となる。なお、下流側配管部２０２は、下流側カソード排ガス配管３２０内の掃気のために、下流側カソード排ガス配管３２０に対して傾斜角を有するように接続しているが（図１０（Ａ））、その詳細については後述する。
【００９２】
図１２および図１３は、カソードガス排出通路部４２のさらに詳細な構成を説明するための概略図である。図１２（Ａ）は、カソードガス排出通路部４２を示す概略斜視図であり、配管ユニット４０におけるカソードガス排出通路部４２以外の構成部については、その図示が省略されている。図１２（Ｂ）は、上流側カソード排ガス配管３００の一部と、カソード排出側バルブ３１０と、下流側カソード排ガス配管３２０の内部構成を透視して示す模式図である。なお、図１２（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、図２〜図４と同様な三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。
【００９３】
カソード排出側バルブ３１０は、弁体３１５が矢印Ｘに沿った方向に移動するポペット式のバルブであり、略円筒形状のケーシングを有している。入口３１２は、ケーシング側面に設けられており、重力方向上側から上流側カソード排ガス配管３００が接続している。また、出口３１３は、ケーシングの底面において、矢印Ｘの方向に向かって開口するように設けられており、出口３１３の反対側の開口底面には、弁体３１５を駆動するためのモータ３１１が配置されている。
【００９４】
ここで、カソード排出側バルブ３１０では、弁座３１４が、ケーシングの外側において、出口３１３の外周に設けられている。即ち、カソード排出側バルブ３１０では、弁体３１５の本体がケーシングの外側に配置され、弁体３１５の本体が下流側カソード排ガス配管３２０側からケーシング側へと移動したときが閉側となる。このような弁体３１５の配置とすることにより、モータ３１１の故障などによって、弁体３１５が浮動する状態となってしまった場合であっても、弁体３１５はカソード排ガスによって開側へと移動するため、燃料電池１０の運転の継続が可能となる。
【００９５】
図１３（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、上流側カソード排ガス配管３００の構成を説明するための概略断面図である。図１３（Ａ）は、上流側カソード排ガス配管３００およびカソード排出側バルブ３１０のケーシングの概略断面を示している。図１３（Ａ）には、図１２と対応するように三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。上流側カソード排ガス配管３００は、フランジ３０１から配管ユニット４０の正面側（矢印Ｙの方向）へと延びる上流側配管部３０２と、上流側配管部３０２から屈曲して下方に向かって延びる下流側配管部３０３とを有している。
【００９６】
ここで、燃料電池１０の停止後には、カソード排ガスに含まれる水分が、上流側カソード排ガス配管３００内において凝縮してしまう場合がある。上流側カソード排ガス配管３００内において凝縮した液水Ｗが、カソード排出側バルブ３１０内に流入してしまうと、氷点下などの低温環境下において、カソード排出側バルブ３１０を凍結させてしまう可能性がある。
【００９７】
そこで、本実施例の上流側カソード排ガス配管３００の上流側配管部３０２は、その底面が下流側ほど上方に傾斜するように構成されている。これによって、燃料電池１０の運転停止後に、上流側配管部３０２において凝縮した液水Ｗを上流側配管部３０２の底面に滞留させることができ、液水Ｗが下流側配管部３０３を介して、カソード排出側バルブ３１０へと流れてしまうことを抑制できる。また、上流側配管部３０２を有することにより、燃料電池１０の運転中に、排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂから排出される液水を一時的に上流側配管部３０２の底面に滞留させることができる。従って、一時に多量の排水がカソード側排出バルブ３１０へと流入することが抑制される。
【００９８】
図１３（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ、図１３（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断およびＣ−Ｃ切断における上流側カソード排ガス配管３００の概略断面図である。本実施例の上流側カソード排ガス配管３００は、カソード排ガスの圧損の増大が抑制されるように、上流側から下流側にかけて流路断面積が略均一化されている。
【００９９】
また、上流側カソード排ガス配管３００は、上流側から下流側にかけて、流路断面の形状が次第に変化するように構成されている。具体的には、上流側配管部３０２の流路断面形状は、カソード側の排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂの配列方向に合わせて幅広となるように構成されている。これによって、カソード排ガスが、マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂから上流側カソード排ガス配管３００に流入する際における圧損の増大が抑制されている。
【０１００】
一方、下流側配管部３０３の流路断面形状は、カソード排出側バルブ３１０の入口３１２の開口形状に合わせた形状となっている。具体的には、カソード排出側バルブ３１０の弁体３１５の移動方向に沿った方向に幅狭となるように構成され、カソード排出側バルブ３１０のケーシングの周方向に幅広となるように構成されている。ここで、カソード排出側バルブ３１０の入口３１２の開口形状をケーシングの周方向に幅広とすることにより、カソード排ガスがカソード排出側バルブ３１０に流入する際における圧損の増大が抑制されている。また、入口３１２の開口形状を弁体３１５の移動方向に沿った方向に幅狭とすることにより、カソード排出側バルブ３１０の矢印Ｘ方向におけるサイズを縮小させることができ、カソード排出側バルブ３１０の小型化が可能である。
【０１０１】
なお、上流側カソード排ガス配管３００における上流側から下流側にかけての流路断面形状の変化は、カソード排ガスの縮流の発生が抑制されるように、緩やかに変化していることが好ましい。また、上流側カソード排ガス配管３００の角部は、配管ユニット４０における他の構成部（例えば、バイパス配管用バルブ２１０のモータ２１１のコネクタなど）の取付を阻害しないように、丸められるものとしても良い。その際の曲率は、上流側から下流側にかけて徐変させるものとしても良い。
【０１０２】
図１４（Ａ），（Ｂ）は、アノードガス排出通路部４３のさらに詳細な構成を説明するための概略図である。図１４（Ａ）は、アノードガス排出通路部４３の左側面を示す概略図である。図１４（Ａ）には、分離排水配管４２０と、下流側カソード排ガス配管３２０とが図示されている。図１４（Ｂ）は、重力方向に見たときのアノードガス排出通路部４３の上面を示す概略図である。図１４（Ｂ）には、下流側カソード排ガス配管３２０の一部と、フランジ４０２と一体化されているフランジ１２１とが図示され、カソード供給側バルブ１１０および下流側カソードガス配管１２０が破線で図示されている。なお、図１４（Ｂ）の下流側カソード排ガス配管３２０には、カソードバイパス配管２００との接続部位２０５が図示されている。また、図１４（Ａ），（Ｂ）には、図２〜図４と同様な三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。
【０１０３】
アノード排ガス配管４００は、上面が水平面によって構成され、底面が下流側ほど低くなる傾斜面によって構成された略六面体のケーシングを有している。アノード排ガス配管４００の内部に設けられた気液分離部４１０および貯水部４１１については後述する。分離排水配管４２０は、アノード排ガス配管４００の正面側下部から、矢印Ｘの方向へと延びて、下流側カソード排ガス配管３２０と接続している。なお、分離排水配管４２０は、アノード排ガス配管４００に対して段差を有するように配置されている。具体的には、分離排水配管４２０の上面は、アノード排ガス配管４００の上面より下段に位置する水平面によって構成されている。また、分離排水配管４２０の底面は、アノード排ガス配管４００の底面より下段に位置するとともに、アノード排ガス配管４００の底面と同様な傾斜角を有する傾斜面によって構成されている。
【０１０４】
アノード排水バルブ４１５は、アノード排ガス配管４００および分離排水配管４２０のそれぞれの左側面に隣接するように設置されている。アノード排水バルブ４１５による排水機構については後述する。分離排ガス配管４３０は、アノード排ガス配管４００の比較的下流側において右側面から矢印Ｘとは反対の方向に延びる配管によって構成されている。分離排ガス配管４３０は、下流側カソードガス配管１２０と近接して並列に延びており、これによって、カソードガスとアノード排ガスとの間の熱交換を可能としている。
【０１０５】
ここで、燃料電池システム１０００の起動時など、燃料電池１０が十分に昇温していない場合を想定する。この場合に、本実施例の配管ユニット４０では、比較的早期に昇温するカソードガスの排熱の一部を、下流側カソードガス配管１２０から分離排ガス配管４３０のアノード排ガスへと伝達させることができる。前記したとおり、本実施例の燃料電池システム１０００では、分離排ガス配管４３０のアノード排ガスは、水素ポンプ５０を介してアノードガス供給用配管３１へと循環する（図１）。即ち、配管ユニット４０における分離排ガス配管４３０と下流側カソードガス配管１２０との間の熱交換により、カソードガスの排熱を、アノード排ガスを介して燃料電池１０へと伝達させ、燃料電池１０の昇温を効率的に実行できる。
【０１０６】
なお、本実施例の配管ユニット４０では、下流側カソードガス配管１２０のフランジ１２１と、アノード排ガス配管４００のフランジ４０２とが一体化されいる。従って、フランジ１２１，４０２を介しても、カソードガスの排熱がアノード排ガスへと伝達されるため、より効率的に燃料電池１０が昇温される。
【０１０７】
図１５（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、図１４（Ａ），（Ｂ）に示したアノードガス排出通路部４３の内部構造を透視して示す概略模式図である。図１５（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、図１４（Ａ），（Ｂ）と対応するように、三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。なお、図１５（Ａ）には、アノード排水バルブ４１５の取り付け位置と、その入口４１５１の位置とが破線で図示してある。また、図１５（Ｂ）には、アノード排ガス配管４００の２つの底面４１２，４１３を、それぞれ異なるハッチングによって区別して図示してある。
【０１０８】
アノード排ガス配管４００のケーシング内部には、気液分離部４１０が設けられている。気液分離部４１０は、比較的高い位置に形成された高床面４１２と、比較的低い位置に形成された低床面４１３とを有している。高床面４１２は、アノード排ガス配管４００の入口４０１の底面とほぼ同程度の高さを有しており、その入口４０１から分離排ガス配管４３０が接続された出口までの連続した水平面として構成されている。低床面４１３は、アノード排水バルブ４１５側に形成されており、高床面４１２から落ち窪むように形成された傾斜面を含む床面である。低床面４１３は、アノード排水バルブ４１５の入口４１５１の形成部が最も低くなるように形成されている。
【０１０９】
なお、図１５（Ｂ）では、高床面４１２が、アノード排ガス配管４００のケーシング内の紙面右上側の領域に形成され、低床面４１３は、アノード排ガス配管４００のケーシング内の紙面左下側の領域に形成されている。また、高床面４１２と低床面４１３との境界は略Ｓ字状の曲線を形成している。
【０１１０】
ここで、アノード排ガス配管４００に流入したアノード排ガスに含まれるガス成分は、高床面４１２によって、分離排ガス配管４３０へと誘導される（一点鎖線の矢印）。一方、アノード排ガスに含まれる水分は、慣性に従って、アノード排ガス配管４００の入口の開口方向に向かって直進するとともに、重力に従って、高床面４１２から低床面４１３へと誘導される（破線矢印）。これによって、気液分離部４１０は、高床面４１２側のカソード排ガスから水分を低床面４１３側へと分離することができる。
【０１１１】
なお、アノード排ガス配管４００における開口部４０１と対向する内壁面４１４は、低床面４１３と連続するように形成されていることが好ましい。これによって、内壁面４１４に凝縮したアノード排ガス中の水分を、重力によって低床面４１３へと誘導することができ、より確実にアノード排ガス中の水分を捕捉することができる。内壁面４１４には、水分の凝縮を促進するために微小な凹凸が形成されているものとしても良い。
【０１１２】
分離排水配管４２０と、アノード排ガス配管４００とは、アノード排水バルブ４１５を介して互いに連通している。アノード排水バルブ４１５は、ソレノイドバルブによって構成され、弁体４１５３をケーシング内に有している。アノード排水バルブ４１５の入口４１５１は、アノード排ガス配管４００の左側面において、内壁面４１４と隣接して形成されている。なお、アノード排水バルブ４１５の入口４１５１の底面は、低床面４１３における最も低い床面と同程度の高さを有している。弁体４１５３は、電磁力によって矢印Ｘに沿った方向に駆動し、入口４１５１を開閉する。アノード排水バルブ４１５の出口４１５２は、入口４１５１と並列に設けられており、分離排水配管４２０の左側面側に接続されている。
【０１１３】
ここで、アノード排水バルブ４１５は、通常は閉じた状態である。アノード排水バルブ４１５が閉じているときには、低床面４１３側に誘導された水分は、そのままアノード排ガス配管４００の低床面４１３の形成された部位に貯留される。即ち、アノード排ガス配管４００において、低床面４１３は水分の誘導通路として機能するとともに、低床面４１３によって形成されるアノード排ガス配管４００内の凹部は、図１において説明した貯水部４１１として機能する。
【０１１４】
制御部７０（図１）が排水のために、アノード排水バルブ４１５を開くと、アノード排ガス配管４００の貯水部４１１に貯留された水分は、重力に従って、アノード排水バルブ４１５を介して分離排水配管４２０へと流れる（図１５（Ｂ））。なお、このとき、分離排水配管４２０には、アノード側の排水とともに、水素や窒素などを含むアノード排ガスの気体成分も排出される。分離排水配管４２０は、傾斜した底面を有しており、その底面が下流側カソード排ガス配管３２０の底面と滑らかに連続するように、下流側カソード排ガス配管３２０の上方から接続されている。従って、分離排水配管４２０の排水は、下流側カソード排ガス配管３２０へと流れ、カソード排ガスとともに排出される。
【０１１５】
このように、本実施例のアノード排ガス配管４００では、アノード排ガス中のガス成分の流れ方向と、アノード排ガス中の水分の流れ方向とが分離するように、高床面４１２と低床面４１３とが設けられている。これによって、コンパクトかつ簡易な構成で、アノード排ガスの気液分離を実行することができる。また、本実施例のアノード排ガス配管４００では、貯水部４１１が、ガス成分の誘導方向から逸れた位置の凹部（窪み部）として構成されている。これによって、貯水部４１１の水分が、アノード排ガスのガス成分によって分離排ガス配管４３０へと誘導されてしまうことを抑制している。
【０１１６】
なお、アノード排ガス配管４００から下流側カソード排ガス配管３２０までの間における排水のための通路は、排水の飛散を抑制するために、排水の流れが滑らかとなるように構成されていることが好ましい。具体的には、アノード排ガス配管４００の底面と分離排水配管４２０の底面との間の段差や、分離排水配管４２０の底面と下流側カソード排ガス配管３２０の底面との間の段差がより小さくなるように構成されていることが好ましい。また、アノード排ガス配管４００の底面と、分離排水配管４２０の底面とが略並行となるように構成されるなど、急激な流速の変化の発生が抑制されるように構成されていることが好ましい。
【０１１７】
図１６は、下流側カソード排ガス配管３２０に対するカソードバイパス配管２００と分離排水配管４２０の接続位置を説明するための模式図である。図１６は、下流側カソード排ガス配管３２０の内部構造を示す模式図であり、カソードバイパス配管２００と、分離排水配管４２０の開口部４２５とが図示されている点以外は、ほぼ図１２（Ｂ）とほぼ同じである。
【０１１８】
ここで、下流側カソード排ガス配管３２０には、分離排水配管４２０からアノード側の排水が多量に流入する。また、下流側カソード排ガス配管３２０には、下流側カソード排ガス配管３２０からカソード側の排水が多量に流入する。こうした排水が、燃料電池システム１０００の運転停止後にも下流側カソード排ガス配管３２０内に残留してしまうと、氷点下などの低温環境下において、カソード排出側バルブ３１０の凍結や、分離排水配管４２０の開口部４２５の凍結による閉塞を生じてしまう。この場合には、燃料電池システム１０００の再起動が困難となってしまう。
【０１１９】
そこで、本実施例の配管ユニット４０では、カソードバイパス配管２００と分離排水配管４２０とを、下流側カソード排ガス配管３２０に対して、カソード排出側バルブ３１０の出口近傍において接続させている。これによって、カソードバイパス配管２００から流出するバイパスガスによって、カソード排出側バルブ３１０の出口および分離排水配管４２０の開口部４２５を掃気し、下流側カソード排ガス配管３２０内の残留水分を低減させることができる。
【０１２０】
また、本実施例の配管ユニット４０では、下流側カソード排ガス配管３２０に対する分離排水配管４２０の接続位置は、カソードバイパス配管２００の接続位置より下流側に位置している。さらに、本実施例の配管ユニット４０では、カソードバイパス配管２００の下流側配管部２０２は、以下のように傾斜角を有して下流側カソード排ガス配管３２０に接続されている。即ち、カソードバイパス配管２００の下流側配管部２０２は、下流側カソード排ガス配管３２０おける排ガスの流れ方向（矢印Ｘの方向）と、下流側配管部２０２の配管方向との間の角度αが、９０°より大きくなるように接続されている。
【０１２１】
このような各通路同士の接続構成によって、カソードバイパス配管２００から、分離排水配管４２０の開口部４２５に向かって、バイパスガスを流出させることが可能となる。そのため、バイパスガスによる分離排水配管４２０の開口部４２５の水分除去を、より効果的に実行できる。また、下流側カソード排ガス配管３２０にバイパスガスが流出する方向が、下流側カソード排ガス配管３２０における排ガスの流れ方向側に傾いているため、下流側カソード排ガス配管３２０に流入する際のバイパスガスの圧損を低減できる。
【０１２２】
図１７（Ａ）〜（Ｃ）は、配管ユニット４０の組み立て工程を示す模式図であり、配管ユニット４０の各構成部が分離して図示されている。また、図１７（Ａ）〜（Ｃ）は、左側面側から見たときの図であり、図２〜図４と同様な三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。なお、図１７（Ｂ），（Ｃ）に図示された各構成部４１〜４３には、接合のための接合しろがハッチングを付して図示してある。
【０１２３】
第１工程では、予め準備したカソードガス排出通路部４２に対して、カソード供給側バルブ１１０のケーシングキャップ部１１８を接合する（図１７（Ａ））。第２工程では、カソードガス排出通路部４２に対して、さらに、アノードガス排出通路部４３と、カソードバイパス配管２００とを取り付ける（図１７（Ｂ））。具体的には、下流側カソード排ガス配管３２０に、分離排水配管４２０とカソードバイパス配管２００の下流側配管部２０２とをそれぞれ、所定の接続位置に取り付けて接合する。
【０１２４】
第３工程では、上流側カソードガス配管１００が取り付けられたカソード供給側バルブ１１０のケーシング１１７と、カソード供給側バルブ１１０を構成するための弁体１１２と、ダイヤフラム１１３と、付勢機構１１４とを準備する（図１７（Ｃ））。なお、カソード供給側バルブ１１０のケーシング１１７には、フランジ１２１，４０２が設けられている。次に、カソードバイパス配管２００の上流側配管部２０１の端部とアノード排ガス配管４００の端部とをそれぞれ、上流側カソードガス配管１００の側面またはフランジ４０２に設けられた接続のための開口部に挿入して接合する。
【０１２５】
ここで、本実施例の配管ユニット４０では、カソードバイパス配管２００の上流側配管部２０１の端部の挿入方向と、アノード排ガス配管４００の端部の挿入方向とが平行となるように構成されている。これによって、配管ユニット４０の組み立てが容易化されている。なお、カソードバイパス配管２００の上流側配管部２０１の端部およびアノード排ガス配管４００の端部や、それらの端部の接合される開口部にはそれぞれ、Ｏリングなどのシール部材が設けられているが、その図示および説明は省略する。
【０１２６】
さらに、図１７（Ｃ）の組み立て工程では、カソード供給側バルブ１１０のケーシング１１７の開口端部に、上流側カソード排ガス配管３００に固定されているケーシングキャップ部１１８の開口端部を嵌めこみ、加締めにより接合する。なお、このとき、弁体１１２と、ダイヤフラム１１３と、付勢機構１１４とが、ケーシング１１７内またはケーシングキャップ部１１８内の所定の位置に収容されるようにする。
【０１２７】
このように、本実施例の配管ユニット４０では、カソード供給側バルブ３１０のケーシングキャップ部１１８と、上流側カソード排ガス配管３００とが互いに接合されている。これによって、配管ユニット４０における、カソードガス供給通路部４１とカソードガス排出通路部４２との一体性が、より向上する。また、配管ユニット４０を燃料電池１０に取り付けたときには、カソード供給側バルブ１１０が、第１のエンドプレート１２と上流側カソード排ガス配管３００とで挟み込まれる構成となる。従って、燃料電池１０の運転時におけるカソード供給側バルブ１１０の開閉動作による振動が緩和される。
【０１２８】
ところで、図１７（Ｃ）の組み立て工程では、各配管２００，４００の接続と、カソード供給側バルブ１１０の組み立てとが同時に実行されている。しかし、図１７（Ｃ）の組み立て工程は、各配管２００，４００の端部が開口部に挿入されるときの挿入深さの度合いより、ケーシング１１７とケーシングキャップ部１１８とで狭持されるダイヤフラム１１３の保持の度合いを基準として実行されるものとしても良い。この基準によって図１７（Ｃ）の組み立て工程を実行すれば、ダイヤフラム１１３によるケーシング１１７内のシール性を、より向上させることが可能である。
【０１２９】
このように、本実施例の配管ユニット４０によれば、反応ガスのためのガス通路やバルブをユニット化して燃料電池１０に一体的に取り付けることができる。従って、燃料電池１０に対する配管類の取り付けを簡易化することができるとともに、燃料電池システム１０００を小型化することができる。また、反応ガスのための通路における圧損を低減し、反応ガスの供給・配給の効率を向上させることができるとともに、配管内の残留水分の除去のための掃気を効率的に実行することができる。
【０１３０】
さらに、各バルブ１１０，２１０，３１０，４１５を一体的に第１のエンドプレート１２に固定することができるため、燃料電池システム１０００の運転時における振動や運転音の発生を抑制することができる。また、燃料電池１０の停止後に、燃料電池１０の内部や配管ユニット４０の内部に残留する反応ガスや水分を低減できる構成であるため、燃料電池１０や配管ユニット４０の劣化が抑制される。
【０１３１】
B．配管ユニットの他の構成例：
上記第１実施例で説明した配管ユニット４０は、以下のように各構成部４１〜４３の構成や、配置を変更して構成することも可能である。
【０１３２】
B1.他の構成例１：
図１８は、他の構成例としてのカソードガス供給通路部４１Ａを説明するための模式図である。図１８は、以下の点以外は、図６（Ａ）とほぼ同じである。即ち、図１８では、カソード供給側バルブ１１０の配置方向が異なる。また、図１８では、上流側カソードガス配管１００に換えて、形状の異なる上流側カソードガス配管１００Ａが図示され、その断面形状が合わせて図示されている。さらに、図１８では、カソード供給側バルブ１１０の内部構造が破線で図示されている。なお、配管ユニット４０における他の構成部４２，４３の構成は、上記第１実施例と同じである。
【０１３３】
この構成例におけるカソード供給側バルブ１１０は、上記第１実施例で説明したのと同様なポペット式のバルブである。しかし、この構成例では、ケーシングの底面に設けられた略正円形状の開口部を入口１１５とし、ケーシングの側面に設けられた略長方形形状の開口部を出口１１１として配置されている。また、上流側カソードガス配管１００Ａは、略円筒形状の配管によって構成されている。
【０１３４】
ここで、上記第１実施例では、カソード供給側バルブ１１０の入口１１５の開口形状に合わせるため、上流側カソードガス配管１００の断面形状を、上流側から下流側に渡って変化させていた（図７（Ｃ）〜（Ｅ））。しかし、図１８の構成例では、カソード供給側バルブ１１０の入口１１５の開口形状が、略正円形上であるため、上流側カソードガス配管１００Ａの断面形状を、上流側から下流側に渡って、略正円形状によって構成することができる。
【０１３５】
即ち、この構成例によれば、上流側カソードガス配管１００Ａにおける断面形状の変化によるカソードガスの圧損の増大を抑制できる。また、この構成例の上流側カソードガス配管１００Ａであれば、第１実施例の上流側カソードガス配管１００において設けられていた、圧損の抑制のために断面形状を緩やかに変化させるための配管部位を省略することができる。即ち、上流側カソードガス配管１００Ａの配管長をより短く構成することが可能であり、配管ユニット４０をより小型化することが可能である。さらに、カソード供給側バルブ１１０の出口１１１が幅広の開口形状を有することにより、カソードガスの配流性が向上する。
【０１３６】
B2.他の構成例２：
図１９は、他の構成例としての配管ユニット４０Ｂを説明するための模式図であり、配管ユニット４０Ｂが燃料電池１０Ｂに取り付けられた状態を示す概略正面図である。なお、図１９には、図２〜図４と同様な三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚと、重力方向を示す矢印Ｇとが図示されている。
【０１３７】
ここで、この構成例において配管ユニット４０Ｂが取り付けられる燃料電池１０Ｂは、カソード側の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂの位置（破線で図示）と、排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂの位置（破線で図示）とが入れ替えられている点以外は、第１実施例の燃料電池１０と同様である。即ち、燃料電池１０Ｂでは、カソード側の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂが重力方向上側に配置され、排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂが重力方向下側に配置される。
【０１３８】
この構成例における配管ユニット４０Ｂでは、カソード供給側バルブ１１０Ｂの配置位置が、第１実施例におけるカソード供給側バルブ１１０の配置位置とは異なる。また、配管ユニット４０Ｂでは、カソード供給側バルブ１１０Ｂの配置位置の変更に伴い、各構成部４１Ｂ〜４３Ｂ の構成が変更されている。具体的に、各構成部４１Ｂ〜４３Ｂ は、以下のような構成となる。
【０１３９】
配管ユニット４０Ｂは、カソードガス供給通路部４１Ｂと、カソードガス排出通路部４２Ｂと、アノードガス排出通路部４３Ｂとを備えている。カソードガス供給通路部４１Ｂは、上流側カソードガス配管１００Ｂと、カソード供給側バルブ１１０Ｂと、下流側カソードガス配管１２０Ｂと、カソードバイパス配管２００Ｂとを有している。
【０１４０】
カソード供給側バルブ１１０Ｂは、第１実施例で説明したカソード供給側バルブ１１０と同様なポペット式のバルブであり、ケーシング１１７の側面に入口１１５が設けられ、底面中央に出口１１１が設けられている。なお、入口１１５と出口１１１とは、ほぼ同じサイズの略正円形状の開口部として設けられており、互いの仮想的中心軸が直交するように形成されている。
【０１４１】
カソード供給側バルブ１１０Ｂは、第１のエンドプレート１２の面内において、カソード側の２つの供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂとほぼ同じ高さの位置に配置される。即ち、カソード供給側バルブ１１０Ｂは、燃料電池１０Ｂの積層方向に沿って見たときに、２つの供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂの矢印Ｘの方向側において隣り合う位置に配置される。このとき、カソード供給側バルブ１１０Ｂは、出口１１１が、矢印Ｘとは反対の方向に向かって開口するとともに、入口１１５が、重力方向に開口するように配置される。
【０１４２】
下流側カソードガス配管１２０Ｂは、略直方体形状の容体によって構成され、その左側面には、カソード供給側バルブ１１０Ｂの出口１１１が接続され、その背面に２つの供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂに接続するための全面開口部が設けられている。なお、下流側カソードガス配管１２０Ｂの当該全面開口部の外周には、第１のエンドプレート１２に取り付けられるためのフランジ１２１が設けられている。下流側カソードガス配管１２０Ｂにおけるカソードガスの流れについては後述する。
【０１４３】
上流側カソードガス配管１００Ｂは、流路断面が略正円形状の配管によって構成されている。上流側カソードガス配管１００Ｂは、カソード供給側バルブ１１０Ｂの入口１１５から重力方向に延びた後に曲折し、矢印Ｘとは反対の方向に延びている。上流側カソードガス配管１００Ｂには、カソードバイパス配管２００Ｂが接続されている。
【０１４４】
カソードバイパス配管２００Ｂは、下流側配管部２０２Ｂの配管長が変更されている点以外は、第１実施例で説明したカソードバイパス配管２００と同様な構成である。カソードバイパス配管２００Ｂは、下流側配管部２０２Ｂが下流側カソード排ガス配管３２０に接続されており、これによって、カソードガス供給通路部４１Ｂとカソードガス排出通路部４２Ｂとが一体化されている。
【０１４５】
カソードガス排出通路部４２Ｂは、上流側カソード排ガス配管３００に換えて、配管距離の短い上流側カソード排ガス配管３００Ｂを有している点と、取り付け位置が異なる点以外は、第１実施例で説明したカソードガス排出通路部４２と同様な構成である。カソードガス排出通路部４２Ｂのカソード排出側バルブ３１０と下流側カソード排ガス配管３２０とは、カソード側の排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂの下方において、第１のエンドプレート１２の長辺に沿って配置される。上流側カソード排ガス配管３００Ｂは、第１実施例の上流側カソード排ガス配管３００と同様に、排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂとの接続部から矢印Ｙの方向に延びた後に、重力方向に屈曲して、カソード排出側バルブ３１０と接続されている。
【０１４６】
アノードガス排出通路部４３Ｂは、他の構成部４１Ｂ，４３Ｂの配置位置に合わせて、分離排水配管４２０Ｂや分離排ガス配管４３０Ｂの形状が変更されている点以外は第１実施例で説明したアノードガス排出通路部４３Ｂと同様な構成である。分離排ガス配管４３０Ｂは、アノード排ガス配管４００の右側面から、カソードバイパス配管２００Ｂの下流側配管部２０２と第１のエンドプレート１２との間を抜けて、上流側カソードガス配管１００Ｂに沿って、矢印Ｘとは反対の方向に延びている。分離排水配管４２０Ｂは、重力方向下方に延びて下流側カソード排ガス配管３２０に接続している。これによって、アノードガス排出通路部４３Ｂとカソードガス排出通路部４２Ｂとが一体的に接合される。
【０１４７】
このように、カソードガス供給通路部４１Ｂは、カソードガス排出通路部４２Ｂより上方に配置されており、第１実施例の配管ユニット４０と異なり、カソード供給側バルブ１１０Ｂと上流側カソード排ガス配管３００Ｂとの間の接合部を有していない。なお、この配管ユニット４０Ｂでは、カソード供給側バルブ１１０Ｂの配置位置を第１実施例とは変更することにより、以下のようにカソードガスの配流性を向上させている。
【０１４８】
図２０（Ａ）は、図１９に示すＡ−Ａ切断における概略断面図であり、下流側カソードガス配管１２０Ｂにおけるカソードガスの流れを説明するための模式図である。図２０（Ａ）には、カソードガスの流れを示す矢印と、図１９と対応する三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚとが図示されている。カソード供給側バルブ１１０Ｂの出口１１１から流出したカソードガスは、矢印Ｘとは反対の方向に沿って流れつつ、２つの供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂにそれぞれ分流していく。
【０１４９】
図２０（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ、参考例としてのカソードガス供給通路部４１ｂ1，４１ｂ2を示す模式図であり、カソード供給側バルブ１１０Ｂの配置方向および配置位置が異なる点以外は、図２０（Ａ）とほぼ同じである。なお、図２０（Ｂ），（Ｃ）に示す各参考例における配管ユニットのカソードガス供給通路部４１ｂ1，４１ｂ2以外の構成は、図１９で説明したものと同様である。
【０１５０】
図２０（Ｂ）に示すカソードガス供給通路部４１ｂ1では、カソード供給側バルブ１１０Ｂは、出口１１１が供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂに向かって開口する配置方向で、第１の供給用マニホールドＭ３ａの側に寄った位置に配置されている。図２０（Ｃ）に示すカソードガス供給通路部４１ｂ2では、カソード供給側バルブ１１０Ｂは、図２０（Ｂ）と同様な配置方向で、第１と第２の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂのそれぞれからほぼ均等な距離の位置に配置されている。
【０１５１】
ここで、図２０（Ｂ）の構成では、カソード供給側バルブ１１０Ｂの出口１１１が、第１の供給用マニホールドＭ３ａの側に寄った位置において開口しているため、第１の供給用マニホールドＭ３ａに流れるカソードガスの流量が多くなってしまう傾向にある。即ち、この構成では、第１と第２の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂに対するカソードガスの配流性が低下してしまう。一方、図２０（Ｃ）の構成では、カソード供給側バルブ１１０Ｂの出口１１１に対して、第１と第２の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂがほぼ均等な距離を有して配置されているため、図２０（Ｂ）の構成より、カソードガスの配流性は改善されている。
【０１５２】
ところで、図２０（Ｂ），（Ｃ）の構成はいずれも、カソード供給側バルブ１１０Ｂの出口１１１が、第２のエンドプレート１２の外表面に向かって開口している。このような構成では、出口１１１から流出するカソードガスの圧損を低減させるためには、出口１１１と第２のエンドプレート１２の外表面との間の距離Ｌを長く取ることが好ましい。即ち、図２０（Ｂ），（Ｃ）の構成において、カソードガスの圧損を抑制するためには、上記の距離Ｌを設けた上で、さらに、燃料電池１０Ｂの積層方向にカソード供給側バルブ１１０Ｂが突出する構成となる。従って、配管ユニットが大型化してしまう可能性がある。
【０１５３】
しかし、図２０（Ａ）の構成であれば、カソード供給側バルブ１１０Ｂは、下流側カソードガス配管１２０Ｂの側面側に配置されている。そのため、カソード供給側バルブ１１０Ｂの出口１１１から、それに対向する下流側カソードガス配管１２０Ｂの内壁面までの間において、各マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂにカソードガスが分流するための流路距離を十分確保することができる。また、下流側カソードガス配管１２０Ｂ内において、カソードガスの流れ方向が急激に変化することによる圧損の増大を抑制できる。さらに、燃料電池１０Ｂの積層方向にカソード供給側バルブ１１０Ｂが突出して配置されることを回避できる。即ち、下流側カソードガス配管１２０Ｂにおけるカソードガスの配流性および圧損の改善をしつつ、配管ユニットの小型化ができる。
【０１５４】
B3.他の構成例３：
図２１は、他の構成例としての配管ユニット４０Ｃを説明するための模式図であり、配管ユニット４０Ｃが燃料電池１０Ｂに取り付けられた状態を示す概略正面図である。図２１は、カソードガス供給通路部４１Ｃの構成が異なる点以外は、図１９とほぼ同じである。この構成例では、カソードガス供給通路部４１Ｃのカソード供給側バルブ１１０Ｃが、いわゆるリードバルブによって構成されており、カソード側の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂの形成位置に取り付けられている。カソード供給側バルブ１１０Ｃの構成については後述する。
【０１５５】
上流側カソードガス配管１００Ｃは、カソード供給側バルブ１１０Ｃから、燃料電池１０Ｂの積層方向に沿って延びるように設けられている。カソードバイパス配管２００Ｃは、上流側配管部２０１Ｃが、矢印Ｘとは反対の方向に延びることにより、上流側カソードガス配管１００Ｃの側面に接続している。また、カソードバイパス配管２００Ｃの下流側配管部２０２Ｃは、上流側カソードガス配管１００Ｃの設けられている高さから、重力方向下側へと傾斜角を有しつつ延びて、下流側カソード排ガス配管３２０に接続している。
【０１５６】
図２２（Ａ）〜（Ｃ）は、カソード供給側バルブ１１０Ｃの構成を説明するための概略図である。図２２（Ａ）は、図２１に示すＡ−Ａ切断における概略断面図である。図２２（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ、図２２（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断における概略断面図である。図２２（Ｂ）は、リード弁１５５が閉じた状態を示しており、図２２（Ｃ）は、リード弁１５５が開いた状態を示している。図２２（Ａ）〜（Ｃ）には、 図２１と対応するように三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。
【０１５７】
カソード供給側バルブ１１０Ｃは、ケーシング１１７Ｃと、弁座板１５０と、リード弁１５５とを備えている。ケーシング１１７Ｃは、略直方体形状を有する筒体であり、互いに対向する第１と第２の開口部１４１，１４２を有している。第１の開口部１４１は、第１と第２の供給用マニホールドＭ３ａ,Ｍ３ｂと接続される。なお、第１の開口部１４１の外周には、第２のエンドプレート１２に固定されるためのフランジ１４３が設けられている。即ち、この構成例では、カソード供給側バルブ１１０Ｃのケーシング１１７Ｃが、下流側カソードガス配管としても機能する。
【０１５８】
第２の開口部１４２には、上流側カソードガス配管１００Ｃが接続される。上流側カソードガス配管１００Ｃは、燃料電池１０Ｂの積層方向に沿って延びる略円管状の円筒配管部１０１と、下流端においてテーパ状に広がる接続配管部１０２とを有している。円筒配管部１０１を介して供給されるカソードガスは、接続配管部１０２によって、カソード供給側バルブ１１０Ｃのケーシング１１７Ｃの全体に広がるように流入する。
【０１５９】
ケーシング１１７Ｃには、弁座板１５０が、ケーシング１１７Ｃの内部空間を上流側と下流側に二分するように配置されている。ここで、弁座板１５０は、矢印Ｘに沿った方向に見たときに、略Ｖ字形状となるように、供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂに向かって屈曲している（図２２（Ｂ））。これによって、弁座板１５０には、互いに反対側へと傾斜した２つの略長辺形の板面部１５１，１５２が形成されている。
【０１６０】
２つの板面部１５１，１５２にはそれぞれ、２つの供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂの配列方向に渡って、略等間隔に配列された複数の貫通窓１５３が形成されている。各貫通窓１５３には、各貫通窓１５３を下流側の面から閉塞するように、弾性を有するフィルム状の部材によって構成されたリード弁１５５が取り付けられている。ここで、リード弁１５５は、上流側の一辺のみが弁座板１５０に固定されている。これによって、ケーシング１１７Ｃに、リード弁１５５を撓ませることができる程度の圧力を有するカソードガスが流入したときに、リード弁１５５の固定されていない他の外周辺が弁座板１５０の壁面から離れ、貫通窓１５３が開放される（図２２（Ｃ））。
【０１６１】
このように、この構成例では、燃料電池１０Ｂの積層方向に沿った流れ方向で、カソードガスが供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂに供給される。従って、カソードガス供給通路部４１Ｃにおけるカソードガスの圧損を低減することが可能である。また、弁座板１５０に設けられた複数の貫通窓１５３が供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂの配列方向に渡って形成されていることによって、カソードガスの配流性が向上されている。
【０１６２】
B4.他の構成例４：
図２３（Ａ）は、他の構成例としての配管ユニットを説明するための模式図である。  図２３（Ａ）は、この構成例の配管ユニットが備えるカソードガス供給通路部４１Ｄを示す概略正面図であり、下流側カソードガス配管１２０が省略されている点以外は、図６（Ａ）とほぼ同じである。なお、カソードガス供給通路部４１Ｄが備えるカソードバイパス配管２００については、上流側配管部２０１のみが図示されているが、その構成は第１実施例と同じである。また、この構成例における配管ユニットが備えるカソードガス排出通路部４２およびアノードガス排出通路部４３は、その構成が第１実施例と同じであるため、その図示および説明を省略する。
【０１６３】
この構成例におけるカソードガス供給通路部４１Ｄは、前記したように、下流側カソードガス配管１２０を有していない。しかし、カソード供給側バルブ１１０の外周には、第１実施例のフランジ１２１と同様な外周形状を有する略平板状のフランジ１２１Ｄが形成されている。このような構成であっても、以下に説明する第１のエンドプレート１２Ｄを燃料電池１０に用いることにより、カソード供給側バルブ１１０の出口１１１と供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂとの間に、カソードガスのための通路を形成することが可能である。
【０１６４】
図２３（Ｂ）は、この構成例の配管ユニットが取り付けられる第１のエンドプレート１２Ｄの構成を示す概略図である。なお、この第１のエンドプレート１２Ｄは、その外表面に薄肉化された凹部１６が形成されている点以外は、第１実施例で説明した第１のエンドプレート１２（図５）とほぼ同じである。なお、図２３（Ｂ）には、カソード供給側バルブ１１０の出口１１１が配置される領域と、フランジ１２１Ｄ，４０２が配置される領域とを、破線で図示してある。
【０１６５】
凹部１６は、その開口形状が第１実施例で説明した下流側カソードガス配管１２０の開口形状と同じである。また、その形成位置は、第１実施例で説明した第１のエンドプレート１２における下流側カソードガス配管１２０の配置位置（図５で破線で図示）と同じである。なお、２つの供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂと、それらの間に設けられた締結部材１５は、凹部１６内に設けられている。
【０１６６】
図２３（Ｃ）は、第１のエンドプレート１２Ｄにカソードガス供給通路部４１Ｄが取り付けられた状態を模式的に示す概略断面図である。図２３（Ｃ）には、図２３（Ａ）と対応するように、三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。第１のエンドプレート１２Ｄに、カソードガス供給通路部４１Ｄが取り付けられると、凹部１６は、カソード供給側バルブ１１０およびフランジ１２１Ｄによって閉塞される。また、カソード供給側バルブ１１０の出口１１１は、凹部１６に向かって開口する。従って、カソードガスは、凹部１６をガス通路として、供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂへと流れる。
【０１６７】
このように、この構成例によれば、第１のエンドプレート１２Ｄに設けられた凹部１６を下流側カソードガス通路として機能させることができる。従って、配管ユニットの構成をより簡素化することが可能である。なお、この構成例における配管ユニットは、第１実施例の下流側カソードガス配管１２０と同様に、第１のエンドプレート１２Ｄの外表面をカソードガスを誘導するための誘導壁面として利用していると解釈することも可能である。ここで、燃料電池１０の設計変更によって、供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂの形成位置がオフセットされるような場合を想定する。このような場合であっても、この構成例であれば、第１のエンドプレート１２Ｄの凹部１６の形状を変更することによって、カソードガスのための流路を変更できる。従って、供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂの形成位置が変更されても、配管ユニットの構成の変更を省略できる。
【０１６８】
B4.他の構成例５：
図２４（Ａ），（Ｂ）は、他の構成例としての配管ユニット４０Ｅを説明するための模式図である。図２４（Ａ）は、配管ユニット４０Ｅが燃料電池１０Ｅに取り付けられた状態を示す概略正面図である。なお、図２４（Ａ）では、透視した各構成部については破線で図示してある。また、図２４（Ａ）には、図２〜図４と同様に、三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示され、重力方向を示す矢印Ｇが図示されている。
【０１６９】
この構成例における燃料電池１０Ｅは、第１のエンドプレート１２Ｅの外表面にカソードガスのための流路溝１７が設けられている点以外は、第１実施例で説明したものと同じである。なお、燃料電池１０Ｅは、カソード側の供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂが排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂより重力方向下側となるように配置されている。ここで、第１のエンドプレート１２Ｅに設けられた流路溝１７は、第１のエンドプレート１２Ｅの重力方向下側の端面中央から重力方向上側に向かって延び、締結部材１５の手前で分岐して、２つの供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂと連結している。
【０１７０】
配管ユニット４０Ｅは、カソードガス供給通路部４１Ｅと、カソードガス排出通路部４２Ｅと、アノードガス排出通路部４３Ｅとを備えている。カソードガス供給通路部４１Ｅは、上流側カソードガス配管１００Ｅと、カソード供給側バルブ１１０Ｅと、流路溝閉塞部材１２４と、カソードバイパス配管２００Ｅとを有している。カソード供給側バルブ１１０Ｅは、その配置位置が、第１実施例における配置位置とは異なり、第１のエンドプレート１２Ｅの重力方向下側の外周端面に配置される。
【０１７１】
図２４（Ｂ）は、燃料電池１０Ｅに取り付けられたときのカソード供給側バルブ１１０Ｅおよび流路溝閉塞部材１２４を矢印Ｘの方向に見たときの模式図である。なお、図２４（Ｂ）では、カソード供給側バルブ１１０Ｅおよび流路溝閉塞部材１２４の内部構造を透視して模式的に図示してある。また、供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂおよび第１のエンドプレート１２Ｅの流路溝１７を破線で図示してある。なお、図２４（Ｂ）では、配管ユニット４０Ｅにおけるその他の構成部の図示については省略してある。
【０１７２】
カソード供給側バルブ１１０Ｅは、第１実施例で説明したカソード供給側バルブ１１０と同様なポペット式のバルブであり、ケーシング１１７の側面に入口１１５が設けられ、底面中央に出口１１１が設けられている。なお、入口１１５と出口１１１とは、ほぼ同じサイズの略正円形状の開口部として設けられており、互いの仮想的中心軸が直交するように形成されている。カソード供給側バルブ１１０Ｅは、入口１１５が矢印Ｘの方向に開口し、出口１１１が第１のエンドプレート１２Ｅの流路溝１７の下端と連結されるように配置される。
【０１７３】
流路溝閉塞部材１２４は、カソード供給側バルブ１１０Ｅの出口１１１と流路溝１７の開口部および供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂを被覆して閉塞するための部材である。流路溝閉塞部材１２４の外周には、カソード供給側バルブ１１０Ｅの出口１１１側の底面と、第１のエンドプレート１２Ｅの外表面とに固定的に取り付けられるフランジが形成されている。これによって、流路溝閉塞部材１２４は、カソード供給側バルブ１１０Ｅの固定接続用の部材としても機能する。流路溝閉塞部材１２４が取り付けられることによって、カソード供給側バルブ１１０Ｅの出口１１１から流出するカソードガスは、流路溝閉塞部材１２４と流路溝１７とで形成された流路空間を介して、供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂへと流れる。
【０１７４】
上流側カソードガス配管１００Ｅは、流路断面が略正円形状の配管によって構成されている。上流側カソードガス配管１００Ｅは、カソード供給側バルブ１１０Ｅの入口１１５から矢印Ｘの方向に延びており、その側面部にカソードバイパス配管２００Ｅの上流側配管部２０１Ｅが接続されている。カソードバイパス配管２００Ｅは、上流側配管部２０１および下流側配管部２０２の配管長が変更されている点以外は、第１実施例で説明したカソードバイパス配管２００と同様な構成である。カソードガス供給通路部４１Ｅとカソードガス排出通路部４２Ｅとは、カソードバイパス配管２００Ｅを介して一体的に接合されている。
【０１７５】
カソードガス排出通路部４２Ｅは、配管距離の異なる上流側カソード排ガス配管３００Ｅを有している点以外は、第１実施例で説明したカソードガス排出通路部４２と同様な構成である。カソードガス排出通路部４２Ｅのカソード排出側バルブ３１０と下流側カソード排ガス配管３２０とは、カソード供給側バルブ１１０Ｅおよび下流側カソードガス配管１２０Ｅより第１のエンドプレート１２Ｅから離れた重力方向下側の位置において、上流側カソードガス配管１００Ｅと並列に配置されている。上流側カソード排ガス配管３００Ｅは、第１実施例の上流側カソード排ガス配管３００と同様に、排出用マニホールドＭ４ａ，Ｍ４ｂとの接続部から矢印Ｙの方向に延びた後に、重力方向に屈曲して、カソード排出側バルブ３１０に接続されている。
【０１７６】
アノードガス排出通路部４３Ｅは、他の構成部４１Ｅ，４２Ｅの配置に合わせて、分離排水配管４２０Ｅや分離排ガス配管４３０Ｅの形状が変更されている点以外は第１実施例で説明したアノードガス排出通路部４３と同様な構成である。分離排ガス配管４３０Ｅは、アノード排ガス配管４００の右側面から、上流側カソード排ガス配管３００Ｅと第１のエンドプレート１２Ｅとの間を抜けて、矢印Ｘとは反対の方向に延びている。分離排水配管４２０Ｅは、重力方向下方に延びて下流側カソード排ガス配管３２０に接続している。アノードガス排出通路部４３Ｅとカソードガス排出通路部４２Ｅとは、分離排水配管４２０Ｅを介して一体的に接合されている。
【０１７７】
このように、カソード供給側バルブ１１０Ｅは、第１のエンドプレート１２Ｅの面内に配置されていなくともよく、第１のエンドプレート１２Ｅの外周端面に固定して設置することも可能である。また、この場合において、第１のエンドプレート１２Ｅの外表面にカソードガスのための流路溝１７を介してカソードガスを供給用マニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂに供給することも可能である。
【０１７８】
B6.他の構成例６：
図２５（Ａ）は、他の構成例としてカソードバイパス配管２００Ｆを説明するための模式図である。図２５（Ａ）は、カソードバイパス配管２００Ｆの全体が図示されており、上流側配管部２０１の上流側カソードガス配管１００に対する接続位置が異なっている点以外は、図６（Ｂ）とほぼ同じである。なお、この構成例では、カソードバイパス配管２００Ｆの接続位置以外の構成は、第１実施例の構成と同様であるため、その図示および説明は省略する。この構成例では、カソードバイパス配管２００Ｆの上流側配管部２０１は、上流側カソードガス配管１００の矢印Ｙ方向における流路幅が縮小傾向にある部位において、矢印Ｙとは反対の方向から接続している。
【０１７９】
図２５（Ｂ）は、上流側カソードガス配管１００とカソードバイパス配管２００Ｆの上流側配管部２０１との接続部位における概略断面を模式的に示す図である。図２５（Ｂ）には、図２５（Ａ）と対応するように三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されるとともに、カソードガスの流れを示す矢印が図示されている。
【０１８０】
この構成例では、上流側カソードガス配管１００を矢印Ｘと反対の方向にみたときに、上流側配管部２０１の内壁面２０４が配管内側に突出している。即ち、上流側カソードガス配管１００内におけるカソードガスの流れを遮る方向に、上流側配管部２０１の内壁面２０４が突出するため、カソードバイパス配管２００Ｆへと誘導されるガス量を増大させることができる。また、上流側配管部２０１に流入する際のバイパスガスの圧損を低減させることが可能である。従って、バイパスガスの圧損が低減された分だけ、バイパス配管用バルブ２１０をより小型化することも可能である。
【０１８１】
このように、カソードバイパス配管２００Ｆは、バイパス配管用バルブ２１０が開いたときに、上流側カソードガス配管１００からカソードバイパス配管２００Ｆへと流入するガス量がより増大するように、その接続位置や接続方向が構成されることが好ましい。カソードバイパス配管２００の接続方向についての他の構成例としては、例えば、上流側カソードガス配管１００に対して、上流側配管部２０１が傾斜して接続する構成としても良い。
【０１８２】
B7.他の構成例７：
図２６は、他の構成例としてのカソードバイパス配管２００Ｇを説明するための模式図である。図２６は、カソードバイパス配管２００Ｇの下流側配管部２０２が、第１実施例とは異なる角度で、下流側カソード排ガス配管３２０に接続している点以外は、図１２（Ｂ）とほぼ同じである。なお、この構成例では、カソードバイパス配管２００Ｇの接続角度以外の構成は、第１実施例で説明したものと同様であるため、その図示および説明は省略する。
【０１８３】
この構成例では、カソードバイパス配管２００Ｇの下流側配管部２０２は、下流側カソード排ガス配管３２０おける排ガスの流れ方向（矢印Ｘの方向）と、下流側配管部２０２の配管方向との間の角度αが、９０°より小さくなるように接続されている。これによって、下流側配管部２０２を、カソード排出側バルブ３１０側に向かって開口させることができ、バイパスガスによるカソード排出側バルブ３１０の水分除去のための掃気効率を向上させることができる。
【０１８４】
ところで、この構成例の場合には、バイパスガスが、カソード排ガスの流れに逆らって流入してしまい、カソード排ガスの圧損を増大させてしまう可能性がある。そのため、カソード排ガスの圧損増大を抑制するためには、第１実施例の構成が好ましい。なお、この構成例において、下流側配管部２０２の接続位置を、接続位置より下流側（紙面左側）とするものとしても良い。これにより、分離排水配管４２０と下流側カソード排ガス配管３２０との接続部のバイパスガスによる掃気効率についても向上させることも可能である。
【０１８５】
B8.他の構成例８：
図２７（Ａ），（Ｂ）は、上流側カソード排ガス配管３００とカソード排出側バルブ３１０との接続についての他の構成例を説明するための模式図である。図２７（Ａ）は、第１実施例における構成を示す模式図であり、内壁面に付着する液水Ｗの図示が異なる点以外は、図１３（Ａ）とほぼ同じである。図２７（Ａ）には、上流側カソード排ガス配管３００の内壁面に凝縮付着した液水Ｗの移動の軌跡を段階的に図示してある。
【０１８６】
ここで、カソード排ガスには多量の水分が含まれている。上流側カソード排ガス配管３００のようにカソード排ガスの流れ方向がカーブしている場合、その水分は、そのカーブの外側の内壁面３０３に衝突して凝縮する可能性が高い。内壁面３０３に凝縮付着した液水Ｗは、重力とカソード排ガスの流れに従って、内壁面３０３に沿ってカソード排出側バルブ３１０へと移動していく。
【０１８７】
このとき、内壁面３０３とカソード排出側バルブ３１０のケーシングの内壁面との間に屈曲部Ｉｎｄが形成されている場合、屈曲部Ｉｎｄに垂れ下がった液水Ｗが、カソード排ガスの流れによって吹き飛ばされ、飛散してしまう可能性がある。飛散した水分が掃気などによる水分除去の困難な部位に付着した場合には、カソード排出側バルブ３１０の凍結や劣化の原因となる。そこで、上流側カソード排ガス配管３００とカソード排出側バルブ３１０との接続部位は、以下のように構成されるものとしても良い。
【０１８８】
図２７（Ｂ）は、上流側カソード排ガス配管３００およびカソード排出側バルブ３１０の他の構成例を示す模式図である。図２７（Ｂ）は、カソード排出側バルブ３１０のケーシングに対する上流側カソード排ガス配管３００の接続位置が異なる点と、液水Ｗの移動軌跡が異なる点以外は、ほぼ図２７（Ａ）と同じである。
【０１８９】
この構成例では、カソード供給側バルブ３１０の位置を矢印Ｙとは反対の方向側にオフセットさせることにより、上流側カソード排ガス配管３００の内壁面３０３と、カソード供給側バルブ３１０のケーシング内壁面とが滑らかに連続するように構成されている。これによって、内壁面３０３に凝縮付着した液水Ｗは、内壁面３０３からカソード供給側バルブ３１０のケーシング内壁面へと滑らかに移動できるため、上記のように飛散してしまう可能性を低減できる。なお、図２７（Ｂ）では、カソード供給側バルブ３１０の位置をオフセットしていたが、屈曲部Ｉｎｄが形成されないように、内壁面３０３の傾斜角度を変更するものとしても良い。
【０１９０】
B9.他の構成例９：
図２８は、他の構成例としてのアノード排ガス配管４００Ｉを示す概略模式図である。図２８は、低床面４１３に隔壁４１３ｗが設けられている点と、低床面４１３の傾斜方向を示す矢印Ｄｄが追加されている点以外は、図１５（Ｂ）とほぼ同じである。なお、この構成例では、アノード排ガス配管４００Ｉ以外の構成は、第１実施例で説明したものと同様であるため、その図示および説明は省略する。
【０１９１】
隔壁４１３ｗは、アノード排水バルブ４１５の入口４１５１に対向する位置に設けられた隔壁である。この隔壁４１３ｗは、アノード排ガス中の水分をアノード排水バルブ４１５側へと誘導する誘導壁として機能する。また、隔壁４１３ｗは、貯水部４１１の貯留している水分がカソード排ガスのガス成分によって分離排ガス配管４３０へと奪われてしまうことを抑制するための遮断壁としても機能する。
【０１９２】
このように、気液分離部４１０に隔壁４１３ｗを設けることにより、アノード排ガスからの水分の分離をより確実に実行することが可能である。なお、低床面４１３は、隔壁４１３ｗの分離排ガス配管４３０側に貯留されている水分が、アノード排水バルブ４１５の入口４１５１へと誘導されるように、矢印Ｄｄが示す方向がより低くなるように傾斜していることが好ましい。
【０１９３】
B10.他の構成例１０：
図２９は、他の構成例としての下流側カソードガス配管１２０Ｊと分離排ガス配管４３０Ｊとを説明するための模式図である。図２９には、カソードガス供給通路部４１Ｊと、アノードガス排出通路部４３Ｊとが図示されている。ただし、図２９では、便宜上、下流側カソードガス配管１２０Ｊと分離排ガス配管４３０Ｊとは内部構造を示す概略断面図によって図示されており、上流側カソードガス配管１００と、カソード供給側バルブ１１０とは、破線で図示されている。なお、この構成例の配管ユニット４０Ｊにおける以下に説明する点以外の構成は、第１実施例の配管ユニット４０の構成と同じである。
【０１９４】
この構成例では、下流側カソードガス配管１２０Ｊと分離排ガス配管４３０Ｊとは一体化されており、カソードガスのための流路と、アノード排ガスのための流路とが共通の隔壁４３２を介して互いに隣接している。このような構成とすることにより、アノード排ガスとカソードガスとの間の熱交換をより効率的に行わせることができる。従って、図１４（Ｂ）において説明したように、燃料電池１０の昇温をより効率的に実行することができる。
【０１９５】
C．第２実施例：
図３０は本発明の第２実施例としての燃料電池システム１０００Ｋの構成を示す概略ブロック図である。図３０は、制御部７０に換えて制御部７０Ｋが設けられている点と、燃料電池１０に電圧測定部８０が接続されている点以外は、図１とほぼ同じである。制御部７０Ｋは、バイパス弁監視部７１と、バルブ回復処理実行部７２とを備える。電圧測定部８０は、燃料電池１０の各単セル１１における発電電圧を測定し、制御部７０Ｋに送信する。本実施例の燃料電池システム１０００Ｋは、第１実施例で説明した配管ユニット４０が取り付けられた燃料電池１０を備えており、制御部７０Ｋは、第１実施例の制御部７０と同様に、配管ユニット４０の各バルブ２１０，３１０，４１５の開閉を制御することにより、燃料電池１０の出力を制御する。
【０１９６】
ここで、燃料電池システム１０００Ｋでは、バイパス用バルブ２１０の開度を制御することにより、燃料電池１０に供給されるカソードガスの流量を、よりリニアに制御することができる。しかし、カソードバイパス配管２００には、エアコンプレッサ２０によってカソードガスとともに取り込まれた異物などが入り込む可能性がある（図１１）。そうした異物が弁体２１２と弁座２１３との間に挟まると、バイパス用バルブ２１０は、完全な閉状態へと移行でない、いわゆる「開固着」の状態に陥ってしまう可能性がある。また、バイパス用バルブ２１０では、異物の混入以外にも、例えば、弁体２１２の軸ずれにより、弁体２１２と、弁座２１３との間に隙間が生じ、開固着が発生する場合がある。
【０１９７】
バイパス用バルブ２１０が開固着の状態に陥ると、エアコンプレッサ２０が取り込んだカソードガスの一部が常にカソードバイパス配管２００へと漏洩してしまうこととなるため、カソードガスの供給量が低下し、燃料電池１０の発電効率は低下してしまう。従って、燃料電池１０の発電効率の低下を抑制するためにも、バイパス用バルブ２１０の開固着が速やかに検出され、その回復のための処理が実行されることが望ましい。そこで、本実施例の燃料電池システム１０００Ｋでは、制御部７０Ｋが、以下に説明するバイパス弁監視処理を実行する。
【０１９８】
図３１は、制御部７０Ｋが実行するバイパス弁監視処理の処理手順を示すフローチャートである。制御部７０Ｋは、燃料電池システム１０００Ｋの起動時や運転中などに、定期的にこの処理を実行する。ステップＳ１０では、制御部７０Ｋのバイパス弁監視部７１が、バイパス用バルブ２１０における開固着の発生の有無を判定する。具体的には、以下のように判定する。
【０１９９】
ここで、制御部７０Ｋは、燃料電池１０の出力制御の際には、燃料電池１０の出力電圧の目標値（目標電圧値Ｖｔ）に応じてカソード排出側バルブ３１０の開度を調整する。より具体的には、目標電圧値Ｖｔが高いほどカソード排出側バルブ３１０の開度を減少させ、燃料電池１０内におけるカソードガスの圧力を増大させる。
【０２００】
しかし、前記したとおり、バイパス用バルブ２１０において開固着が発生している場合には、カソードガスがカソードバイパス配管２００から漏洩しているため、カソード排出側バルブ３１０の開度を調整しても、目標電圧値Ｖｔが得ることが困難となる。そこで、本実施例のバイパス弁監視部７１は、燃料電池１０の発電効率の低下を検出し、その低下が検出された場合には、バイパス用バルブ２１０の開固着が発生していると判定する。具体的には、バイパス弁監視部７１は、以下に説明する予め準備されたマップを用いて、燃料電池１０の発電効率の低下を検出し、バイパス用バルブ２１０における開固着発生の有無を判定する。
【０２０１】
図３２は、バイパス弁監視部７１がステップＳ１０の判定処理において用いるマップの一例を示す概略図である。この開固着判定用マップＭＰは、横軸がカソード排出側バルブ３１０の開度ＶＯＬを示しており、縦軸が出力期待値ＥＯを示している。ここで、「出力期待値ＥＯ」とは、カソード排出側バルブ３１０の開度ＶＯＬに対して、燃料電池１０が出力すると期待される出力電圧値である。この出力期待値ＥＯは、実験結果等に基づいて予め設定されたものである。
【０２０２】
バイパス弁監視部７１は、この開固着判定用マップＭＰを用いて、現在のカソード排出側バルブ３１０に対する開度の指令値に対する出力期待値ＥＯを得る。また、バイパス弁監視部７１は、燃料電池１０に取り付けられている電圧測定部８０が測定した測定値に基づき、燃料電池１０の出力電圧値Ｖｍを取得する。そして、その出力電圧値Ｖｍと、マップＭＰから得られた出力期待値ＥＯとを比較する。具体的には、出力電圧値Ｖｍと出力期待値ＥＯとの差をとり、その差が出力電圧値Ｖｍが出力期待値ＥＯより著しく低い場合、即ち、その差が所定の閾値より大きい場合には、バイパス用バルブ２１０において開固着が発生していると判定する。
【０２０３】
ところで、燃料電池１０の出力電圧は、カソード排出側バルブ３１０の開度以外の要素の影響も受ける。例えば、燃料電池１０に供給されている水素の流量・圧力によっても、その出力電圧は変化する。そこで、ステップＳ１０の判定処理では、カソード排出側バルブ３１０の開度以外の要素も考慮して燃料電池１０の発電効率の低下を検出するものとしても良い。具体的には、上記の開固着判定用マップＭＰと同様なマップを水素の供給流量や供給圧力ごとに準備しておき、バイパス弁監視部７１が、水素の供給流量や供給圧力に応じて適宜、使用するマップを選択して判定処理に用いるものとしても良い。
【０２０４】
制御部７０Ｋは、ステップＳ１０において、バイパス用バルブ２１０の開固着は発生していないと判定された場合には、このバイパス弁監視処理を完了し、通常のシステムの運転を継続する（図３１）。一方、ステップＳ１０において、バイパス用バルブ２１０の開固着が発生していると判定された場合には、制御部７０Ｋは、燃料電池システム１０００Ｋの運転を中断させ、バルブ回復処理実行部７２に、開固着を解消するための回復処理を実行させる（ステップＳ２０）。なお、制御部７０Ｋは、燃料電池システム１０００Ｋの運転の中断前に、回復処理の実行の可否を、燃料電池システム１０００Ｋのユーザに問い合わせるものとしても良い。
【０２０５】
ステップＳ３０では、バルブ回復処理実行部７２は、カソード排出側バルブ３１０を開度を縮小する方向に制御する。あるいは、バルブ回復処理実行部７２は、カソード排出側バルブ３１０を閉状態とするものとしても良い。そして、ステップＳ４０では、バルブ回復処理実行部７２は、所定の時間だけ、エアコンプレッサ２０にカソードガスを所定の圧力で出力させる。このステップＳ３０，Ｓ４０の処理によって、カソードバイパス配管２００へと流入するカソードガスのガス圧およびガス量を増大させることができる。従って、そのカソードガスによって、開固着の原因となっている異物を吹き飛ばしたり、弁体２１２に、その軸ずれが補正されるきっかけとなる外力を付与することができ、開固着を解消できる。
【０２０６】
ステップＳ５０では、制御部７０Ｋは、ステップＳ２０において中断された燃料電池システム１０００Ｋの運転を再開するための復帰処理を実行する。具体的には、各バルブ２１０，３１０の開度や、エアコンプレッサ２０の出力をステップＳ２０を実行する前の状態に戻すものとしても良い。あるいは、燃料電池システム１０００Ｋの起動直後の初期状態に戻すものとしても良い。
【０２０７】
このように、本実施例の燃料電池システム１０００Ｋでは、バイパス弁監視部７１が、バイパス用バルブ２１０の開固着の発生を検出した場合に、バルブ回復処理実行部７２が、開固着を解消するための処理を実行する。従って、バイパス用バルブ２１０における開固着の発生による燃料電池１０の発電効率の低下を抑制し、燃料電池システム１０００Ｋのシステム効率の低下を抑制することができる。
【０２０８】
ここで、前記したとおり、本実施例の燃料電池システム１０００Ｋでは、第１実施例で説明した配管ユニット４０が用いられている。配管ユニット４０は、小型に構成されており、その分だけ、上流側カソードガス配管１００やカソードバイパス配管２００の配管長が短く構成されている。そのため、上記のステップＳ３０，Ｓ４０におけるカソードガスの圧力や流量の制御によって、カソードバイパス配管２００のバイパスガスのガス圧や流量を即応的に変化させることができる。従って、配管ユニット４０を用いていない、同様なシステム構成を有する燃料電池システムに比較して、より効果的にバイパス用バルブ２１０の開固着の解消のための処理を実行することができる。
【０２０９】
D．第３実施例：
図３３〜図３５は本発明の第３実施例としての燃料電池ユニット５００の構成を示す概略図である。図３３〜図３５にはそれぞれ、図２〜図４と同様な三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。図３３は、ケーシング９０の内部を透視して示す燃料電池ユニット５００の概略上面図である。図３４（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、ケーシング９０の内部を透視して示す燃料電池ユニット５００の概略左側面図および概略右側面図である。図３５は、ケーシング９０の内部を透視して示す燃料電池ユニット５００の概略正面図である。
【０２１０】
なお、図３３〜図３５では、燃料電池ユニット５００に接続される配管や配線については、その図示が省略されている。また、燃料電池ユニット５００のケーシング９０には、それらの配管や配線をケーシング９０内部に引き入れるための挿入口が設けられているが、図３３〜図３５では、その図示が省略されている。
【０２１１】
この燃料電池ユニット５００は、燃料電池１０と、配管ユニット４０と、ケーシング９０とを備える。燃料電池１０および配管ユニット４０の構成はそれぞれ第１実施例で説明したものと同じであるため、その説明は省略する。ケーシング９０は、配管ユニット４０が取り付けられた燃料電池１０を収容する略直方体形状の筐体である。
【０２１２】
このように、燃料電池１０と配管ユニット４０とを一体化してケーシング９０に収容することにより、外部の塵芥や水分によって燃料電池１０および配管ユニット４０が劣化してしまうことを抑制できる。また、燃料電池１０の運転の際に、配管ユニット４０の各バルブ１１０，２１０，３１０，４１５における開閉動作の際の駆動音が、外部へ漏洩することを抑制することが可能である。なお、ケーシング９０は、例えば、鉄やステンレス鋼によって構成することができる。
【０２１３】
ケーシング９０は、底部に配置される基台９８を有しており、基台９８の上に、第１実施例で説明した配置方向によって、燃料電池１０が載置される。ここで、ケーシング９０の内部には、防水壁９１が設けられている。防水壁９１は、カソード排出側バルブ３１０および下流側カソード排ガス配管３２０と、上流側アノード排ガス配管４００および分離排ガス配管４３０との間の位置に設けられた隔壁である。より具体的には、防水壁９１は、ケーシング９０の底面に立てられた隔壁であり、矢印Ｘの方向に渡って延びて、ケーシング９０の左右の側壁同士を連結している。また、防水壁９１は、分離排水配管４２０を通すために高さが低く形成された凹部９４を有しており、凹部９４以外の部位は、上流側カソード排ガス配管３００とカソード排出側バルブ３１０との接続部の位置とほぼ同程度の高さを有している。
【０２１４】
ケーシング９０の内壁面および防水壁９１の壁面には、先端が鋭利に形成された突起部９２ａ〜９２ｃが設けられている。第１と第２の突起部９２ａ，９２ｂは、ケーシング９０の正面側の内壁面に設けられており、第３の突起部９２ｃは、防水壁９１の上端部に設けられている。第１の突起部９２ａは、上流側カソード排ガス配管３００とカソード供給側バルブ３１０との接続部に、上方から先端がほぼ近接するように設けられている。
【０２１５】
第２の突起部９２ｂは、第１の突起部９２ａの鉛直下方において、その先端がカソード排出側バルブ３１０のケーシングの下側の面にほぼ近接するように設けられている。第３の突起部９２ｃは、その先端が、上流側カソード排ガス配管３００とカソード供給側バルブ３１０との接続部にほぼ近接するように設けられている。なお、第１ないし第３の突起部９２ａ〜９２ｃはそれぞれ、先端部が近接する配管ユニット４０の部位より高い剛性を有する部材によって構成されていることが好ましい。
【０２１６】
図３６（Ａ）は、防水壁９１の機能を説明するための模式図である。図３６（Ａ）は、図３４（Ａ）と同様な概略左側面図であり、燃料電池ユニット５００の配管ユニット４０側のみが図示されている。図３６（Ａ）は、下流側カソードガス通路３２０の側面下部に亀裂ＣＲが生じて、下流側カソードガス通路３２０内の排水が漏洩した状態を模式的に示している。
【０２１７】
このように、この燃料電池ユニット５００によれば、下流側カソード排ガス配管３２０の壁面に亀裂ＣＲが生じ、排水が漏洩する場合であっても、その漏洩排水Ｗが燃料電池１０側へと流れることが、防水壁９１によって堰き止められる。即ち、ケーシング９０には、防水壁９１によって、漏洩排水Ｗのための貯水部が形成されている。これによって、燃料電池ユニット５００では、配管ユニット４０の損傷による燃料電池１０の劣化や漏電が抑制されている。
【０２１８】
図３６（Ｂ）は、第１ないし第３の突起部９２ａ〜９２ｃの機能を説明するための模式図である。図３６（Ｂ）は、図３４（Ｂ）と同様な概略右側面図であり、燃料電池ユニット５００の配管ユニット４０側のみが図示されている。図３６（Ｂ）は、外部からの物体の衝突などによって、燃料電池ユニット５００の正面側へ外力が付与され、燃料電池ユニット５００の正面側が潰れてしまった状態を模式的に示している。
【０２１９】
このような場合には、第１ないし第３の突起部９２ａ〜９２ｃの各先端が、それらが近接していた配管ユニット４０の各部位に突き刺さり、配管ユニット４０に、あえて裂傷を生じさせることができる。具体的には、第１と第３の突起部９２ａ，９２ｃの先端がそれぞれ、上流側カソード排ガス配管３００とカソード排出側バルブ３１０との接続部に突き刺ささり、第３の突起部９２ｃは、カソード排出側バルブ３１０のケーシングの下側の面に突き刺さる。
【０２２０】
この第１と第３の突起部９２ａ，９２ｃの突き刺しによって、上流側カソード排ガス配管３００からカソード排出側バルブ３１０を脱落させることができる。このとき、第１と第３の突起部９２ａ，９２ｃは、カソード排出側バルブ３１０が、防水壁９１を越えて燃料電池１０の側へと飛び出してしまうことを抑制する押さえ部として機能する。また、第２の突起部９２ｂは、カソード排出側バルブ３１０の落下を抑制する保持部として機能する。さらに、第１と第３の突起部９２ａ，９２ｃは、排水が、防水壁９１を越えて燃料電池１０の側へと飛散することを抑制する庇部としても機能する。
【０２２１】
ところで、カソード排出側バルブ３１０の脱落の際には、内部に多量の排水が存在する可能性の高い下流側カソード排ガス配管３２０は、防水壁９１によって形成された貯水部に脱落させることが好ましい。そのためには、カソードバイパス配管２００を破断させ、下流側カソード排ガス配管３２０と上流側カソードバイパス配管１００との間の連結が解除されることが望ましい。また、その際の排水の漏洩・飛散を抑制するためには、カソードバイパス配管２００において、水分が存在する可能性が比較的少ない、バイパス配管用バルブ２１０の上流側で、カソードバイパス配管が破断することが好ましい。
【０２２２】
そこで、この配管ユニット４０では、カソードバイパス配管２００の配管壁面を構成する部材の剛性が、バイパス配管用バルブ２１０の下流側より、上流側の方が低くなるように構成されている。具体的には、バイパス配管用バルブ２１０の下流側の配管壁面の厚みを、下流側の配管壁面の厚みより薄く構成してある（図１１）。これによって、カソードバイパス配管２００は、バイパス配管用バルブ２１０の下流側において破断する可能性が高くなっている。
【０２２３】
なお、カソードバイパス配管２００は、バイパス配管用バルブ２１０の上流側と下流側とで剛性の異なる部材によって構成されているものとしても良い。また、カソードバイパス配管２００の上流側配管部２０１において、破断を誘発させるための薄肉部が形成されているものとしても良い。
【０２２４】
ここで、第１ないし第３の突起部９２ａ〜９２ｃによって、上記のように配管ユニット４０が損傷した場合には、その損傷部位から排水が漏洩し、図３６（Ａ）で説明した貯水部に貯水される。これによって、燃料電池ユニット５００が潰れてしまうような場合であっても、配管ユニット４０内の排水が燃料電池１０側へと漏洩することが抑制される。即ち、本実施例では、事故発生時に、第１ないし第３の突起部９２ａ〜９２ｃによって、貯水部に排水を排出させるための排水排出口が形成される。
【０２２５】
このように、本実施例の燃料電池ユニット５００によれば、配管ユニット４０から排水が漏洩してしまうような場合であっても、ケーシング９０の防水壁９１によって、燃料電池１０を漏洩した排水から保護できる。また、事故などによって燃料電池ユニット５００が潰れてしまう場合であても、第１ないし第３の突起部９２ａ〜９２ｃによって、配管ユニット４０における亀裂の形成部位を予め規定しておき、その亀裂から排水を貯水部へと漏洩させることができる。即ち、本実施例の燃料電池ユニット５００によれば、燃料電池１０側へと漏洩排水Ｗが移動してしまうことを予防することができる。
【０２２６】
E．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や他の構成例、実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。例えば、第１実施例で説明した構成と、その他の構成例で説明した複数の構成とを適宜組み合わせて実施することも可能である。さらに、例えば次のような変形も可能である。
【０２２７】
E1．変形例１：
上記第１実施例では、カソードガス供給通路部４１とカソードガス排出通路部４２とを互いに接合する接合部位として、カソードバイパス配管２００や、カソード供給側バルブ１１０のケーシングキャップ部１１８と上流側カソード排ガス配管３００との接合部位を有していた。しかし、カソードガス供給通路部４１とカソードガス排出通路部４２とは、他の接合部位によって互いに接合されるものとしても良い。例えば、上流側カソードガス配管１００と下流側カソード排ガス配管１２０とに接合される支持棒を設けるものとしても良い。また、フランジ１２１とフランジ３０１とを一体化するものとしても良い。あるいは、上流側カソードガス配管１００と下流側カソード排ガス配管１２０との配管外壁面同士を接触させて接合するものとしても良い。
【０２２８】
E2．変形例２：
上記第１実施例では、配管ユニット４０は、カソードバイパス配管２００を備えていた。しかし、カソードバイパス配管２００は省略されるものとしても良い。また、上記第１実施例では、配管ユニット４０は、アノードガス排出通路部４３を有していた。しかし、アノードガス排出通路部４３は省略されるものとしても良い。
【０２２９】
E3．変形例３：
上記実施例において、燃料電池１０は、アノード側のマニホールドＭ１，Ｍ２と、カソード側のマニホールドＭ３ａ，Ｍ３ｂ，Ｍ４ａ，Ｍ４ｂと、冷媒のためのマニホールドＭ４，Ｍ５を有していた。しかし、燃料電池１０の反応ガスや冷媒のためのマニホールドの配置や数は、他の構成であっても良い。また、燃料電池１０の配置方向は、上記実施例で説明した方向に限定されるものではない。
【０２３０】
E4．変形例４：
上記実施例において、アノードガス排出通路部４３は、下流側カソード排ガス配管３２０に取り付けられた後、フランジ４０２に取り付けられ接合されていた（図１７（Ａ）〜（Ｂ））。しかし、アノードガス排出通路部４３は、フランジ４０２に接合された後に、下流側カソード排ガス配管３２０に取り付けられ、接合されるものとしても良い。
【０２３１】
E5．変形例５：
上記実施例において、カソードバイパス配管２００は、上流側カソードガス配管１１０から第１のエンドプレート１２とは反対の方向（矢印Ｙの方向）へと延びる上流側配管部２０１と、上流側配管部２０１から屈曲して、重力方向下側の下流側カソード排ガス配管３２０へと延びる下流側配管部２０２とを有していた。しかし、カソードバイパス配管２００は、そのような屈曲した配管によって構成されていなくとも良く、例えば、一直線状にのびる配管によって構成されるものとしても良い。また、カソード配管用バルブ２１０は、ポペット式バルブに変えて、バタフライ弁などによって構成されるものとしても良い。
【０２３２】
E6．変形例６：
上記実施例において、上流側カソード排ガス配管３００は、フランジ３０１から矢印Ｙの方向へと延びるとともに、その底面が下流側ほど上方に傾斜するように構成された上流側配管部３０２を有していた。しかし、上流側配管部３０２は、底面が下流側ほど上方に傾斜するように構成されていなくとも良い。
【０２３３】
E7．変形例７：
上記第２実施例では、バイパス弁監視部７１は、開固着判定用マップＭＰを用いて、燃料電池１０の発電効率の低下を検出することによって、バイパス用バルブ２１０における開固着の発生の有無を判定していた。しかし、バイパス弁監視部７１は、他の手段によってバイパス用バルブ２１０の開固着の発生の有無を判定するものとしても良い。例えば、バイパス用バルブ２１０の下流側にエアフロメータを設置し、その測定結果に基づいて、開固着の有無を判定するものとしても良い。あるいは、上流側カソードガス配管１００のカソードバイパス配管２００との接続位置より下流側に、エアフロメータを設置し、その測定結果と、エアコンプレッサ２０の駆動状態とを比較して、開固着の発生の有無を判定するものとしても良い。
【０２３４】
E8．変形例８：
上記第２実施例では、バルブ回復処理実行部７２は、バイパス用バルブ２１０の開固着の解消のための処理として、カソード排出側バルブ３１０の制御およびエアコンプレッサ２０の制御を実行していた（図３１のステップＳ３０，Ｓ４０）。しかし、バルブ回復処理実行部７２は、他のバイパス用バルブ２１０の開固着の解消のための処理を実行するものとしても良い。例えば、バルブ回復処理実行部７２は、バイパス用バルブ２１０の開閉動作を所定の期間だけ連続的に繰り返すものとしても良い。
【０２３５】
E9．変形例９：
上記第３実施例において、燃料電池ユニット５００のケーシング９０には、第１ないし第３の突起部９２ａ〜９２ｃが設けられていた。しかし、第１ないし第３の突起部９２ａ〜９２ｃのいずれか１つまたは２つ、あるいは全部は省略されるものとしても良い。また、第１ないし第３の突起部９２ａ〜９２ｃに加えて、さらに複数個の突起部が形成されるものとしても良い。また、第３実施例で説明した部位以外に、第１ないし第３の突起部９２ａ〜９２ｃと同様な突起部が形成されるものとしても良い。例えば、下流側カソード排ガス配管３２０の配管壁面に裂傷を形成可能な位置に設けられるものとしても良い。なお、これらの突起部は、配管ユニット４０に取り付けられたモータや配線などの通電部と接触する可能性がある部位を避けて形成されることが好ましい。
【０２３６】
E10．変形例１０：
上記第３実施例において、燃料電池ユニット５００のケーシング９０には、防水壁９１がカソード排出側バルブ３１０および下流側カソード排ガス配管３２０を収容する貯水部を形成するように設けられていた。しかし、防水壁９１は、貯水部を構成するように設けられていなくとも良い。防水壁９１は、カソード排出側バルブ３１０および下流側カソード排ガス配管３２０と、第１のエンドプレート１２との間に配置される壁部として形成されていれば良い。即ち、例えば、ケーシング９０の底面側の壁面と、防水壁９１とが分離した構成であっても良い。このように構成された場合であっても、カソード排出側バルブ３１０および下流側カソード排ガス配管３２０から燃料電池１０に飛散してくる漏洩排水を、防水壁９１によって防ぐことができ、燃料電池１０を保護することができる。
【符号の説明】
【０２３７】
１０，１０Ｂ，１０Ｅ…燃料電池
１１…単セル
１２，１２Ｅ…第１のエンドプレート
１３…第２のエンドプレート
１５…締結部材
１６…凹部
１７…流路溝
２０…エアコンプレッサ
２１…配管
３０…アノードガス供給部
３１…アノードガス供給用配管
３２…レギュレータ
３３…開閉バルブ
４０，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｅ，４０Ｊ…配管ユニット
４１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，４１Ｅ，４１Ｊ…カソードガス供給通路部
４２，４２Ｂ，４２Ｅ…カソードガス排出通路部
４３，４３Ｂ，４３Ｅ，４３Ｊ…アノードガス排出通路部
５０…水素ポンプ
７０，７０Ｋ…制御部
７１…バイパス弁監視部
７２…バルブ回復処理実行部
８０…電圧測定部
９０…ケーシング
９１…防水壁
９２ａ…第１の突起部
９２ｂ…第２の突起部
９２ｃ…第３の突起部
９４…凹部
９８…基台
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｅ…上流側カソードガス配管
１０１…円筒配管部
１０２…接続配管部
１１０，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｅ…カソード供給側バルブ
１１１…出口
１１２…弁体
１１３…ダイヤフラム
１１４…付勢機構
１１５…入口
１１６…弁座
１１７…ケーシング
１１８…ケーシングキャップ部
１１９…肉抜き部
１２０，１２０Ｂ，１２０Ｊ…下流側カソードガス配管
１２１，１２１Ｄ…フランジ
１２２…凸湾部
１２３…屈曲部
１２４…流路溝閉塞部材
１４１…第１の開口部
１４２…第２の開口部
１４３…フランジ
１５０…弁座板
１５１，１５２…板面部
１５３…貫通窓
１５５…リード弁
２００，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｅ，２００Ｆ，２００Ｇ…カソードバイパス配管
２０１，２０１Ｃ，２０１Ｅ…上流側配管部
２０２，２０２Ｂ，２０２Ｃ…下流側配管部
２０４…内壁面
２０５…接続部位
２１０…バイパス配管用バルブ
２１１…モータ
２１２…弁体
２１３…弁座
３００，３００Ｂ，３００Ｅ…上流側カソード排ガス配管
３０１…フランジ
３０２…上流側配管部
３０３…下流側配管部
３１０…カソード排出側バルブ
３１０…排出側バルブ
３１１…モータ
３１２…入口
３１３…出口
３１４…弁座
３１５…弁体
３２０…下流側カソード排ガス配管
４００…アノード排ガス配管
４０１…開口部
４０２…フランジ
４０３…肉抜き部
４１０…気液分離部
４１１…貯水部
４１２…高床面
４１３…低床面
４１３ｗ…隔壁
４１４…内壁面
４１５…アノード排水バルブ
４１５１…入口
４１５２…出口
４１５３…弁体
４２０，４２０Ｂ，４２０Ｅ…分離排水配管
４２５…開口部
４３０，４３０Ｂ，４３０Ｅ，４３０Ｊ…分離排ガス配管
４３２…隔壁
５００…燃料電池ユニット
１０００…燃料電池システム
ＣＲ…亀裂
Ｉｎｄ…屈曲部
Ｍ１…アノード側の供給用マニホールド
Ｍ２…アノード側の排出用マニホールド
Ｍ３ａ…カソード側の第１の供給用マニホールド
Ｍ３ｂ…カソード側の第２の供給用マニホールド
Ｍ４ａ…カソード側の第１の排出用マニホールド
Ｍ４ｂ…カソード側の第２の排出用マニホールド
Ｍ５…冷媒のための供給用マニホールド
Ｍ６…冷媒のための排出用マニホールド
ＭＰ…開固着判定用マップ
ＳＬ…シールライン
Ｗ…液水，漏洩排水
【図１】
0005615363.tif 000002
【図２】
0005615363.tif 000003
【図３】
0005615363.tif 000004
【図４】
0005615363.tif 000005
【図５】
0005615363.tif 000006
【図６】
0005615363.tif 000007
【図７】
0005615363.tif 000008
【図８】
0005615363.tif 000009
【図９】
0005615363.tif 000010
【図１０】
0005615363.tif 000011
【図１１】
0005615363.tif 000012
【図１２】
0005615363.tif 000013
【図１３】
0005615363.tif 000014
【図１４】
0005615363.tif 000015
【図１５】
0005615363.tif 000016
【図１６】
0005615363.tif 000017
【図１７】
0005615363.tif 000018
【図１８】
0005615363.tif 000019
【図１９】
0005615363.tif 000020
【図２０】
0005615363.tif 000021
【図２１】
0005615363.tif 000022
【図２２】
0005615363.tif 000023
【図２３】
0005615363.tif 000024
【図２４】
0005615363.tif 000025
【図２５】
0005615363.tif 000026
【図２６】
0005615363.tif 000027
【図２７】
0005615363.tif 000028
【図２８】
0005615363.tif 000029
【図２９】
0005615363.tif 000030
【図３０】
0005615363.tif 000031
【図３１】
0005615363.tif 000032
【図３２】
0005615363.tif 000033
【図３３】
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【図３４】
0005615363.tif 000035
【図３５】
0005615363.tif 000036
【図３６】
0005615363.tif 000037